纳米粒子的光催化机理及其抗菌效能
纳米材料光催化原理的应用
纳米材料光催化原理的应用1. 引言纳米材料光催化原理是一种利用纳米材料对光的吸收和转化能力进行催化反应的技术。
随着纳米科学和纳米技术的快速发展，纳米材料光催化在环境治理、能源转换等领域展现出巨大的应用潜力。
2. 纳米材料光催化原理纳米材料具有特殊的光物理和光化学特性，使其对光的吸收和转化能力得到了极大的提高。
常见的纳米材料包括纳米粒子、二维材料、量子点等。
纳米材料的光催化原理主要包括以下几个方面：2.1 表面等离子体共振效应纳米材料表面的等离子体共振效应是纳米材料光催化的重要原理之一。
当纳米材料吸收光能时，表面的电荷会集中，形成强烈的电磁场，促使催化反应的发生。
这种效应可以显著增强纳米材料的光吸收能力和光催化活性。
2.2 光催化剂的能带结构调控纳米材料的能带结构对其光催化性能有重要影响。
通过调控纳米材料的能带结构，可以改变其光吸收和电子传输等性质，从而提高光催化的效率。
常用的方法包括掺杂、组合和结构调控等。
2.3 光生电子-空穴对的产生和利用纳米材料光催化反应的基本过程是光生电子-空穴对的产生和利用。
在光照条件下，纳米材料吸收光能并产生电子-空穴对，电子和空穴参与催化反应。
这些电子-空穴对可以有效地参与氧化还原反应、自由基的产生和抑制等过程，进而实现催化效果。
3. 纳米材料光催化的应用纳米材料光催化具有广泛的应用前景，在环境治理、能源转换和有机合成等领域都有重要的应用价值。
3.1 环境治理纳米材料光催化在环境治理领域具有重要的应用价值。
通过光催化反应，纳米材料可以将有害物质转化为无害物质。
例如，纳米二氧化钛催化剂可以将有机污染物和有害气体分解为CO2和H2O，从而实现有害物质的去除和净化。
3.2 能源转换纳米材料光催化在能源转换领域也有重要的应用。
通过光催化反应，纳米材料可以将太阳光转化为电能或燃料。
例如，纳米量子点可以将太阳光转化为电能，用于太阳能电池的制备。
纳米金属络合物也可以将光能转化为燃料，用于光催化水分解制氢。
纳米氧化锌的抗菌性及其抗菌机理讨论
纳米氧化锌的抗菌性及其抗菌机理讨论摘要:本文介绍了纳米ZnO相对于普通ZnO所具有的一些特殊性能,并重点介绍了纳米ZnO在抗菌方面的性能及其抗菌机制,相信随着研究的不断深入与问题的解决,纳米氧化锌将在更多细菌的抑制或更广阔的领域得到广泛的利用。
关键词:纳米氧化锌抗菌性能抗菌机制纳米ZnO是一种宽禁带Ⅱ～Ⅵ化合物半导体材料,是一种新型高功能精细无机材料,粒径在1～100 nm之间,具有规整的六角形纤锌矿结构,本身为白色,稳定性好,高温下不变色,不分解。
并且因其特有的表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应等,使得纳米ZnO在磁、光、电、敏感等方面具有一般ZnO晶体无法比拟的特殊性能和新用途,在中性环境中无需光照即表现出显著的抗菌性,由于ZnO原料来源丰富,价格低廉,同时锌还是一种人体所必需的矿物元素,纳米ZnO已成为无机抗菌剂研究的热点之一。
1 纳米氧化锌的抗菌性能段月琴等[1]在单一纳米技术的基础上,将用直接沉淀法制备的纳米ZnO和用其他方法制备的银系抗菌剂等其他材料用不同方法组合后,均匀涂到普通面料上,与普通面料相比,经过纳米复合技术处理的面料对金黄色葡萄球菌、致病性大肠杆菌具有一定的抑制效果。
周希萌等[2]采用菌落计数法及纸片扩散法对甲、乙、丙、丁4种纳米ZnO晶须、ZnO复合抗菌材料进行抗菌性能比较。
表明4种纳米ZnO晶须复合抗菌材料都具有良好的抗菌性能,并且有一定的抗菌效果,而丙药物的抑菌效果最好,100 ppm丙药物对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、巨大芽胞杆菌、枯草杆菌、四联球菌基本达到了100%的抑制效果,并且在体外对病菌也有一定的抑制效果,并随作用时间延长抑制效果也增强。
王春阳等[3]将配置好的不同浓度的纳米ZnO抗菌溶液分别在荧光照射、日光照射和无光照射条件下进行杀菌实验,结果表明,在不同光照射下条件下,纳米ZnO均有较强的抗菌性能,在阳光照射下效果更好,且浓度越高,抗菌性越强。
另外国内外许多报道称经紫外线照射后,水溶液中的ZnO光催化剂可以产生羟自由基、过氧化氢和超氧化物等物质,这使得ZnO纳米粒子在一些有机物的降解以及对突变的细胞（如肿瘤细胞)产生细胞毒性等方面有潜在的应用。
光催化抗菌性能研究进展
光催化抗菌性能研究进展1.1引言自20世纪70年代初发现二氧化钛电极具有光照下分解水的功能以来[1] ,有关二氧化钛等半导体光催化的研究成为国内外关注的一个热点。
由于TiO2对很多有机污染物吸附较强、催化氧化活性高,因此它在环境污染治理方面扮演极其重要的角色,被广泛用于光催化处理多种有机物。
近年来,TiO2成为最受人们青睐的一种绿色环保型光催化剂。
但TiO2的电子和空穴容易发生复合,光催化效率低,带隙较宽(约312 eV) ,只能在紫外区显示光化学活性,对太阳能的利用率小于10 %。
人类目前使用的主要能源有石油、天然气和煤炭三种。
根据国际能源机构的统计，地球上这三种能源能供人类开采的年限，分别只有40年、50年和240年。
值得注意的是，中国剩余可开采储蓄仅为1390亿吨标准煤，按照中国2003年的开采速度16.67亿吨/年，仅能维持83年[2]。
中国石油资源不足，天然气资源也不够丰富，中国已成为世界第二大石油进口国。
因此，开发新能源，特别是用清洁能源替代传统能源，迅速地逐年降低它们的消耗量，保护环境改善城市空气质量早已经成为关乎社会可持续发展的重大课题。
中国能源发展方向可以锁定在前景看好的五种清洁能源: 水电、风能、太阳能、氢能和生物质。
太阳能不仅清洁干净，而且供应充足，每天照射到地球上的太阳能是全球每天所需能源的一万倍以上。
直接利用太阳能来解决能源的枯竭和地球环境污染等问题是其中一个最好、直接、有效的方法。
为此，中国政府制定实施了“中国光明工程”计划[3-7]。
模仿自然界植物的光合作用原理和开发出人工合成技术被称为“21世纪梦”的技术。
它的核心就是开发高效的太阳光响应型半导体光催化剂[8]。
目前国内外光催剂的研究多数停留在二氧化钛及相关修饰[9]。
尽管这些工作卓有成效，但是在规模化利用太阳能方面还远远不够。
因此搜寻高效太阳光响应型半导体作为新型光催化剂成为当前此领域最重要的课题[10-12]。
纳米颗粒的抗菌性能机理及其应用
纳米颗粒的抗菌性能机理及其应用随着生活水平的提高，人们对于食品安全、环境卫生、医疗保健等方面的需求越来越高。
而在这些领域中，细菌感染问题一直是人们所关注的难题。
传统的消毒方式或抗菌剂所面临的问题越来越明显，例如有副作用、耐药性及破坏环境等弊端。
近年来，研究人员发现纳米材料对于抗菌方面起到了十分重要的作用，其中纳米颗粒就是一种颇受关注的材料。
纳米颗粒的抗菌性能被广泛研究，其机理和应用已成为纳米医学、纳米食品安全等领域的热门研究方向。
一、纳米颗粒的抗菌性能机理纳米颗粒抗菌性能的机理主要涉及其颗粒尺寸、表面电位、表面活性及特有的化学反应等板块。
首先，纳米颗粒将呈现与体积相比非常大的比表面积，因此在与细菌接触的时候，可以将起到更多的物理作用，例如捕捉、影响代谢和摧毁细菌细胞的能力。
其次，纳米颗粒的表面电位和表面活性有助于吸附细菌细胞，将细菌细胞与抗菌材料的接触面积扩大到最大，加强了物理原理的作用和穿透性。
第三，在特定的应用环境中，纳米颗粒可能通过化学反应释放活性成分，如阳离子表面活性剂，氧化剂等，从而破坏细菌细胞壁和代谢过程。
这些化学反应具有极高的反应速度和反应结构的精度，因此非常适用于高效的细菌抗菌。
在应用纳米颗粒进行抗菌实验时，不同纳米材料的抗菌效果及机理也有所不同。
奈米银颗粒、氧化锌颗粒、氧化镁颗粒、氧化钛颗粒等是目前被广泛应用的几种纳米材料。
在自然环境中，纳米银颗粒可以通过激活细菌细胞对生物成份进行部分氧化，破坏细菌的细胞结构。
奈米银颗粒还可以与细菌细胞膜和基因等核酸结合，从而对其起到杀菌作用。
氧化锌颗粒的抗菌机理主要包括其高度氧化剂的性质、紫外线照射和光催化活性等方面，可以有效破坏细菌细胞壁和细胞膜，或直接破坏核酸。
氧化锌颗粒的抗菌机理也与其颗粒尺寸有关，小于20nm的氧化锌颗粒可在细胞内溶解，产生致死效果。
相比之下，氧化镁颗粒在没有外力作用下本身不具备抗菌作用，但在合适的条件下，可以通过氧化、释放氧分子等方式进行细菌的破坏和消毒。
纳米粒子材料在光催化领域中的应用研究
纳米粒子材料在光催化领域中的应用研究近年来，纳米技术已经成为了材料科学和化学领域研究热点之一。
纳米材料的独特性质和表面效应使其在各个领域发挥着越来越重要的作用，其中包括了光催化领域。
本文将从纳米材料的基本概念入手，阐述纳米粒子材料在光催化领域中的应用。
一、纳米材料的基本概念纳米材料是指其粒径小于100纳米的材料，因此纳米材料拥有许多独特的性质，例如比表面积大、量子尺寸效应、表面等离子体共振等。
这些性质使得纳米材料与普通材料相比具备一些巨大的潜在优势，如在催化、生物医学、检测、储存和能量转换等方面下游应用的潜力。
从而，纳米材料的制备和应用成为当前材料科学和物理领域非常热门的研究方向。
二、光催化反应的概念及原理光催化是一种通过光照来激活催化剂，使得在催化剂和光照的帮助下难于进行的化学反应能够进行的方法。
在光催化反应中，催化剂可以将光子能量转化成化学反应能量，从而实现化学反应的促进。
当然，光催化反应的前提条件就是必须有合适的光源。
三、纳米粒子在光催化领域中的应用利用纳米材料的独特性质，在光催化领域中，可以以纳米粒子为载体，并探测和定向改变化学反应的速率和选择性，从而实现高效的催化反应。
应用纳米材料，可以大大提高光催化反应的催化效率、增加反应速率、提升催化剂的稳定性和选择性等优势，具体的应用形式如下：1. 纳米TiO2的应用TiO2是典型的高效催化剂，利用纳米TiO2催化剂在光照下，可以使有机物被完全氧化成CO2和H2O并呈现出很好的选择性。
TiO2的催化能力主要来自于其与光子的相互作用，因此，制备高效的纳米TiO2催化剂可以大大增加TiO2的催化能力。
2. 纳米金的应用在UV和可见光催化领域中，金纳米颗粒的应用非常广泛，特别是在有机合成和环境净化中。
例如，金纳米颗粒可以被用于制备高效的催化剂，在催化有机合成反应过程中可以提高催化剂的催化效率、速率和选择性，同时金纳米颗粒也可以被用于制备高效的催化剂分散剂。
纳米抗菌材料的研究进展
毛 勇 邓 玉 明
（ 州娃哈哈集 团有限公司质监部 ，杭州 ，３ ０ １ 杭 １０ ８）
摘 要 ： 纳米抗菌材 料中抗菌剂以纳米尺寸分散 ，具 有高比表面积和高反应活性 ， 抗茵材料 整体的抗菌效果较传统抗菌 剂有显著提高 ，更能 显著的抑制细 菌、真 菌等微生物的生长和繁殖 ， 改兽抗菌材料的 力学性 能 ，引起了国内外研究者的广泛 关注 。本文对具有广泛应用 前景 的金属 并 型、光催化型 、季铵盐或季磷盐 修饰 无机 纳米颗粒等纳 米抗菌剂的研究及应用情况进行 了综述。 关键词 ： 纳米 ； 抗菌剂 ； 金属型 ；光催化型 ； 无机纳米颗粒
Ａ ＞Ｃ ＞Ｚ ＞Ｃ 。＝Ｃ ｇ ｕ ｎ ｅ ａ
种 抗 菌作 用 的银 离子 通过 溶 胶 一 凝胶 、离 钛 矿 型 ３ 晶体 结构 ，其 中锐钛 矿 型 的 子 交换等 技术依 附在 纳米级 的载体 上 ，
ＴＯ存在 品格 缺陷 ，结构 比较 开放 ，当 ｉ
危害 程度 ：Ａ ＝ ｂ Ｓ ＞Ｈ ＞ ｓ Ｓ ＝ ｅ ｇ
之 间的复 合物等 。在 目 使用 的这些 半 前
导体 物质 中从使 用程序和 性价 比来看 ， 纳米 Ｔ ０ 明显 优于 其他 几种光 催 化抗 菌 ｉ
剂 。 Ｔ ０ 有 金 红 石 型 、板 钛 矿 型 和 锐 １
锌等几 种 。金属 离子对 细菌 的抗 菌效果
和 对人体 的危害程 度如 下Ｈ ： 抗菌 效果 ：Ａ 针 Ｓ ＝ ｅ ＞Ｈ ＞ ｓ ＝ ｂ Ｓ ｇ
Ｚ ＞ Ｃ ＞Ａｇ ｎ ｕ ＞Ｃ 。＝Ｃ ｅ ａ
如 沸 石 、 ＳＯ Ｔ Ｏ ｚ Ｏ １ １ ｎ 、磷 酸 复盐 颗 粒尺 寸降到 纳米级 时 ，具 有 良好 的光 等 。由于超 细纳 米级粉 体颗 粒高 比表面 催 化活性 。 积和高 反应 活性 的特殊 效应 ，大 大提 高 了整体 的抗 菌效 果 ，使 抗菌 剂耐温性 、 粉体细 度 、分散性 和功 能效 应都得 到 了 纳米 Ｔ ０抗菌 作 用较 为长效 ，抗 菌 ｉ
光催化纳米二氧化钛材料的抗菌机制及其影响因素
光催化纳米二氧化钛材料的抗菌机制及其影响因素贾璐;高旭;葛少华【摘要】The resistance of bacterial strains to current antibiotics has become a serious public health problem which needs us to de⁃velop new bactericidal materials. As photocatalyst, nano⁃TiO2 materials have a safe and efficient antibacterial activity, which makes them more and more widely used in the field of antibacterial. This paper reviews the antibacterial mechanism and influencing factors of photocatalytic nano⁃titanium dioxide materials.%耐药菌株的出现是当前公共健康面临的严峻挑战，急需发展新的杀菌方式。
纳米TiO2材料作为光催化剂表现出安全高效的抗菌活性，使其在抗菌领域的应用越来越广。
本文综述了光催化纳米TiO2材料的抗菌机制及其影响因素。
【期刊名称】《口腔医学》【年(卷),期】2017(037)001【总页数】4页(P81-84)【关键词】TiO2;光催化;抗菌机制;纳米技术【作者】贾璐;高旭;葛少华【作者单位】山东省口腔组织再生重点实验室，山东大学口腔医学院牙周科，山东济南 250000;山东省口腔组织再生重点实验室，山东大学口腔医学院牙周科，山东济南 250000;山东省口腔组织再生重点实验室，山东大学口腔医学院牙周科，山东济南 250000【正文语种】中文【中图分类】R783.1自从1972年发现TiO2作为光催化剂分解水以来，TiO2因其优越的光反应性、化学稳定性、价格低廉、可重复利用性，被认为是最有前途的光催化剂而受到广泛研究［1］。
光催化剂的作用机理
光催化原理是基于光催化剂在光照的条件下具有的氧化还原能力，从而可以达到净化污染物、物质合成和转化等目的。
通常情况下，光催化氧化反应以半导体为催化剂，以光为能量，将有机物降解为二氧化碳和水。
因此光催化技术作为一种高效、安全的环境友好型环境净化技术，对室内空气质量的改善已得到国际学术界的认可。
光催化的原理是利用光来激发二氧化钛等化合物半导体，利用它们产生的电子和空穴来参加氧化—还原反应。
当能量大于或等于能隙的
光照射到半导体纳米粒子上时，其价带中的电子将被激发跃迁到导带，在价带上留下相对稳定的空穴，从而形成电子—空穴对。
由于纳米材料中存在大量的缺陷和悬键，这些缺陷和悬键能俘获电子或空穴并阻止电子和空穴的重新复合。
这些被俘获的电子和空穴分别扩散到微粒的表面，从而产生了强烈的氧化还原势。
纳米二氧化钛抗菌性的研究及应用实例
纳米二氧化钛抗菌性的研究和应用实例陈梦露（西南科技大学材料学院材物0901,绵阳，621010;) 摘要：综述了纳米二氧化钛在各种不同条件下的高效的抗菌、杀菌作用,并阐述了在各种条件下的抗菌性的应用实例，并对应用此性能的新型材料的应用前景做出了展望。
纳米二氧化钛作为新型抗菌材料，具有无毒、无味、无刺激性、热稳定性、耐热性好、长效、抗菌面广和高效杀菌等的优点,对于防止疾病传播、净化环境卫生、保护人体健康具有十分重要的意义，发展前景广阔。
关键词：二氧化钛；抗菌;纳米材料；光催化The antibacterial property of nano-TiO2 research and application examplesMenglu chen（materials physics,materials science and engineering,southwest university of science and technology，mianyang,621010）Abstract: In this article，the author summarizes the different efficient antiseptic effects the nano—TiO2 has in different conditions, and elaborates the application as an antimicrobial。
Nano-TiO2 photocatalysis made in bacterial breakdown and achieve the antibacterial effect。
Nano TiO2 electronic structure characteristics of TiO2 for a full valence band and an empty the conduction band, in thewater and the air system, in the sunshine especially under the irradiation of in ultraviolet ray，when electronic energy reaches or exceeds the bandgap can，electronic from valence band arouse to the conduction band，while in valence band produce corresponding hole, in the field of electronic and under the influence of cavitation occurred separation，move to different position，particle surface in a series of chain reaction, eventually causes bacteria decomposition. Keywords:TiO2;antibacteri al;nanomaterials;photocatalytic 纳米二氧化钛是金红石型白色疏松粉末,亦称钛白粉，从尺寸大小来说，通常产生物理化学性质显著变化的细小微粒的尺寸在100纳米以下，其外观为白色疏松粉末.二氧化钛有板铁矿、锐铁矿和金红石三种晶体结构，其组成结构的基本单位均是TiO6八面体，区别在于TiO6八面体通过共用顶点还是共边组成骨架，见图2—l。
光催化抗菌功能陶瓷介绍PPT
五、TiO2纳米粒子的光催化
• 5.1什么是光催化 • 光催化特性是半导体具有的独特性能之一。光照射下
把光能转化为化学能，促进化合物的合成或降解的过 程称为光催化。 • 光催化的具体过程 • 半导体材料中电子分布的特征是在它的导带和价带之 间有带隙存在。许多化合物半导体的价带是满的，导 带是空的。当它们受到光照时，只要光子能量超过半 导体的带隙能()时， 就能使电子从价带跃迁到导带， 从而产生导带电子和价带空穴。这类导带电子有很强 的还原力而价带空穴则有很强的氧化力。只要能够抑 制或延缓电子-空穴的复合过程，就有可能利用这类光 生载流子来氧化或还原半导体表面上的吸附物。
• 氧化钛剂抗菌陶瓷适于建筑卫生陶瓷高温烧成， 但烧成温度越高，抗菌性越低。因此要做抗菌率 较高的内墙砖比较容易，地板次之，卫生陶瓷最 难。
• 氧化钛抗菌陶瓷存在薄膜与坯体结合不紧密的问 题，这主要是由于烧成温度过低造成的。这样的 薄膜抗洗刷能力较差，由于薄膜厚度不均易产生 彩虹效应。解决这些问题除了要注意烧成温度外 还可以在釉料中适量添加改性剂以改善其结合性 能。
氧化钛系抗菌
• 纳米Ti02经光催化产生的空穴和形成于表面的活
性氧类能与细菌细胞或细胞内的组成成分进行生 化反应，使细菌单元失活而导致细胞死亡，并且 使细菌死亡后产生的内毒素分解 • 日本最近开发出用于Ti涂覆的抗菌陶瓷，在光照 下可完全杀死其表面的细菌。最近福州大学也研 制出坚固的掺杂Ti02膜的陶瓷材料，对大肠杆菌 和空气中的浮游菌具有稳定的杀灭作用和抑制细 菌生长的能力
水对纳米粒子在光催化中的作用机理研究
水对纳米粒子在光催化中的作用机理研究光催化技术是一种环境友好的方法，它可以通过光照的作用将有害物质转化为无害物质。
对于纳米粒子来说，光催化技术的应用也得到了越来越广泛的发展。
尤其是水对纳米粒子在光催化中的作用机理研究，对于发展新型高效的光催化纳米材料具有重要意义。
一、纳米粒子在光催化中的作用原理纳米粒子在光催化中的作用主要是利用其表面的活性位点吸附或结合有机分子，通过光子的作用，使其发生化学反应，最终得到无害的产物。
近年来，纳米晶体的制备和表征得到了广泛的关注，对于纳米粒子在光催化反应中的机理和性能进行研究，也成为了当前的研究热点。
二、水对纳米粒子表面的影响水能够影响纳米粒子表面的能带结构和电子传输性质，从而影响其光催化性能。
一些研究表明，水对于纳米晶体的表面吸附是必不可少的。
水在纳米晶体表面能够改变其表面能带结构，通过电子传输和量子限制来调节其吸附、活性和光催化性能。
此外，水也会在催化剂上形成氧化还原反应，从而参与到光催化反应的过程中。
三、纳米晶体与水的相互作用纳米晶体与水之间有着密切的相互作用，这种相互作用主要来自于纳米晶体表面的活性位点和水分子之间的作用。
纳米晶体的表面具有很大的比表面积，水的存在对于纳米晶体的表面影响可以非常显著。
一些研究表明，在水存在的情况下，纳米晶体的表面会发生明显的浸润现象，这样会改变纳米晶体的结构和吸附特性，从而影响其光催化性能。
同时，水对于纳米晶体表面的部分氧化也是有益的，它可以增加纳米晶体表面的活性位点，增强光催化性能。
四、水对纳米晶体光吸收性质的影响纳米晶体的光吸收性质是影响其光催化性能的重要因素之一。
水对于纳米晶体的光吸收性质也有影响，尤其是在纳米晶体的表面存在一定量的水分子时。
一些研究表明，水分子的存在可以改变纳米晶体的光吸收性质，使其在特定的波长范围内具有更高的吸收率。
这种现象对于开发高效的光催化催化剂具有重要的意义。
五、结论水对纳米粒子在光催化中的作用机理的研究，是当前纳米晶体光催化研究中的一个热点。
《MXene的界面修饰及其光热抗菌应用》
《MXene的界面修饰及其光热抗菌应用》一、引言随着科技的不断进步，材料科学在日常生活和医疗健康等领域发挥着越来越重要的作用。
其中，MXene作为一种新兴的二维材料，因其在能量储存、传感和催化等方面的潜在应用受到了广泛关注。
近年来，科研人员通过界面修饰技术，成功地对MXene 的表面进行了改性，提高了其光电性能，同时也发现了MXene在光热抗菌方面的应用潜力。
本文将重点探讨MXene的界面修饰技术及其在光热抗菌方面的应用。
二、MXene的基本性质与制备MXene是一种新型的二维材料，具有独特的电子结构和物理性质。
它由碳、氮、氧等元素组成，呈现出类似石墨烯的层状结构。
制备MXene的方法主要包括刻蚀法和化学气相沉积法等。
通过这些方法，可以得到具有不同成分和厚度的MXene材料。
三、MXene的界面修饰技术界面修饰是提高MXene性能的重要手段。
通过对MXene表面进行改性，可以优化其光电性能、提高稳定性，并拓展其应用领域。
目前，常用的界面修饰技术包括化学掺杂、表面涂层和异质结构构建等。
1. 化学掺杂：通过在MXene表面引入其他元素或基团，可以改变其电子结构和表面性质。
例如，氮掺杂可以提高MXene的光吸收能力和载流子传输性能。
2. 表面涂层：在MXene表面覆盖一层其他材料，可以保护其免受外界环境的侵蚀，同时提高其光电性能。
例如，利用聚合物或无机氧化物对MXene进行表面涂层，可以显著提高其稳定性和光热转换效率。
3. 异质结构构建：通过与其他材料构建异质结构，可以充分利用不同材料之间的协同效应，提高MXene的性能。
例如，将MXene与石墨烯、二氧化钛等材料结合，构建异质结构，可以提高其光催化活性和光热转换效率。
四、MXene在光热抗菌方面的应用由于MXene具有良好的光吸收能力和光热转换效率，使得其在光热抗菌方面具有广阔的应用前景。
通过将MXene与其他抗菌剂结合，可以制备出具有优异光热抗菌性能的材料。
浅谈纳米半导体材料的光催化机理与运用
浅谈纳米半导体材料的光催化机理与运用【摘要】光催化特征作为纳米半导体材料的一大显著特性，对污染物具有超强的降解作用，且降解效率高、能耗低，因此纳米半导体光催化材料是一种广泛运用于治理环境环境领域的新科技材料。
本文阐述了纳米半导体材料的光催化肌理以及在环境治理领域方面的实际运用，并对纳米半导体光催化材料的未来发展前景作了详细的展望。
【关键词】光催化作用；纳米半导体材料；机理0.引言随着现代工业的迅猛发展，工业废水、废弃、固体废弃物未经过正规处理直接无情地向大自然排放，让城市环境遭受巨大的破坏，世界正面临一个个严峻的环境污染问题，如美国洛杉矶的“光化学烟雾”，世界各地频繁下起了“酸雨”。
我国虽然是一个发展中国家，但是城市环境污染问题却尤为严重，比如北京的“雾霾天”持续不断，无锡市的太湖蓝藻频频爆发，广东东莞每年排放的大量固体废弃物，此外我国多数城市的噪声处于重度污染程度。
由此可见环境治理是横亘在人类面前的亟待解决的重要问题。
纳米半导体光催化技术是一种用于治理环境污染的新兴技术，具有能耗低、降解效率高的优势，已经成为人类社会进步和发展的一个重要推力。
1.纳米半导体光催化作用机理先现今普遍使用的是纳米TiO2光催化剂，这种光催化剂的粒子能量结构带的两大组成部分分别是以电子成分为主的低能价带和成分为空的高能导带，而两者之间存在明显的禁区地带。
纳米TiO2光催化剂机理是通过光子能量在大于或等于价带和导带之间的禁带宽度所产生的光能量的情况下，并在太阳光紫外线的辐射下，使低能价带上的电子会迅速迁移到分子为空的导带上，而此时价带和导带两个区域就会发生光生空穴电子h+以及光生电子（e-），前者具有超强的氧化分解作用，而后者具有超强的复原作用，当h+与e-电子合而为一时，会将体内吸收的太阳光能通过导热的方式释放出来，从而降低催化效率，但是当两者在外电场的驱使下发生分离时，反而会将吸收的太阳光能转化为催化化学能。
纳米TiO2光催化剂发生作用时必不可少的两个分子就是O2与OH，O2可用于吸收e-反应后产生的氧化物离子自由基，而OH作为加强纳米TiO2催化作用的强氧化剂，可以与绝大多数的有机污染物、病毒、细菌等发生作用，将其分解为对环境没有危害的二氧化碳和水[1]。
抗菌剂及其抗菌机理
中南大学学报( 自然科学版) J. CENT. SOUTH UNIV. ( NATURAL SCIENCE)
抗菌剂及其抗菌机理
Vol. 35 No1 1 Feb. 2004
夏金兰, 王 春, 刘新星
( 中南大学 资源加工与生物工程学院, 湖南长沙, 410083)
金属元素以其离子形式起抗菌作用。在金属离 子浓度相对过高的环境中, 微生物生存受到的影响 是多方面的。
首先, 微生物膜外存在高浓度的金属阳离子, 改 变了正常的生物膜内外的极化状态, 并引起新的离 子浓差, 从而阻碍或破坏细胞维持生理所需的小分 子和大分子物质的运输, 如在 N a+ / K +- 泵的驱动作 用下糖和氨基酸的运送, 一些金属离子也可以进入 微生物胞内。实验结果证明, 重金属能使大多数酶 失活, 但其失活机理还不清楚。有人认为是正价的 重金属离子与蛋白质的 N 和 O 元素络合后, 破坏酶 蛋白分子的空间构象; 也可能是重金属离子与 ) SH 基反应, 替换出质子, 甚至破坏或置换维持酶活力所 必需的金属离子, 如 M g2+ , F e3+ 和 Ca2+ 等。酶是一 切生物的催化剂, 控制着微生物生化反应, 酶一旦失 活, 引起催化效率降低或性能丧失, 从而使其所催化 的生化反应无法正常进行, 并影响相关的生化反应, 导致微生物的能量代谢和物质代谢受阻, 从而达到 抗菌的目的。此外, 进入细胞内的金属离子也可以 与核酸结合, 破坏细胞的分裂繁殖能力。
质, 影响微生物的运动、跨膜物质运输或生化反应等。不同 的抗菌 剂对同 一种病 原菌有 不同的抗 菌作用 机理和 有
效性 , 同一种抗菌剂对于不同的病原菌也有不同的抗菌作 用机制和抑制范围; 得到 既长效又广 谱、既 高效又安全 的
au改性tio2纳米粒子的制备及其光催化活性
au改性tio2纳米粒子的制备及其光催化活性近年来，光催化研究迅速发展，纳米光催化剂因其具有良好的表面性能和高催化性能而受到广泛关注。
Au改性TiO2多级结构的纳米粒子（Au@TiO2纳米粒子）作为一种被广泛应用的光催化剂，它不仅有催化氧还原反应的作用，还能够当作块体催化剂和电解液注入剂来进行光催化反应。
本文详细介绍了Au改性TiO2纳米粒子的制备方法以及其作为光催化剂的活性。
Au@TiO2纳米粒子的制备方法：Au改性TiO2纳米粒子的制备通常采用溶液法、喷射气流法和微波法。
在溶液法中，首先将金、钛和氧离子混合溶液，然后注入碱性溶液，上述原料将被溶解以形成Au@TiO2纳米粒子。
在喷射气流法中，金、钛和氧离子混合溶液将通过喷射气流在低温下（约200℃）逐级传递到收集陶瓷板中，最终形成Au@TiO2纳米粒子。
微波法也可以利用同样的原料和溶液来制备Au@TiO2纳米粒子，但是它的优势在于可以在短时间内获得更高质量的纳米粒子。
Au@TiO2纳米粒子作为光催化剂的活性：三者结合的Au@TiO2纳米粒子具有良好的表面性能和高催化性能。
因为Au@TiO2纳米粒子可以吸收并吸附大量氧分子，这种吸附反应能够抑制电子反应，延缓光催化反应的速度，从而使其在光催化反应中表现出更好的催化性能。
Au@TiO2纳米粒子的催化作用还受到反应温度、反应时间、pH等因素的影响。
当反应温度降低，反应时间减少，pH值提高时，Au@TiO2纳米粒子的催化活性明显提高。
研究表明，Au@TiO2纳米粒子可以在水溶液中长期保持稳定。
它可以在低温下形成稳定的多维结构，这种特性使其成为一种理想的光催化剂，具有良好的光催化活性。
综上所述，Au改性TiO2纳米粒子具有良好的表面性能和催化性能，可以被用作光催化剂来处理水污染。
Au@TiO2纳米粒子的制备方法有溶液法、喷射气流法和微波法等，它的催化效果还受到反应温度、反应时间、pH等因素的影响，这些因素可以通过进一步研究得到优化。
纳米抗菌材料的分类_制备_抗菌机理及其应用
１８沈海军 史友进（南京航空航天大学航空宇航学院，南京 ２１００１６）［摘 要］ 全面阐述了纳米抗菌材料的分类、制备方法及其抗菌机理，介绍了纳米抗菌材料在建材、陶瓷洁具、纺织品、日用塑料等领域的应用。
本文的工作对相关工作者了解纳米抗菌材料的制备、抗菌性能与应用前景具有实际的参考价值。
［关键词］ 纳米抗菌材料，制备，抗菌机理１． 引 言纳米抗菌材料是近年来出现的一种特征尺寸在１～１００ｎｍ的新型保健抗菌材料。
它克服了传统有机抗菌产品在安全性、广谱性、抗药性和耐热加工性等方面的缺陷，能满足人们生活舒适水平和卫生水平不断提高的要求，已开始在建材、陶瓷洁具、塑料、纺织品等领域取得应用［１，２］。
目前，纳米抗菌材料的物理特性、制备技术、性能测试等方面的研究已经开展［３，４］，并取得了飞速的发展，受到了世界各国的普遍关注。
本文将从纳米抗菌材料的分类、制备方法、抗菌机理以及应用等几个方面出发，对纳米抗菌材料进行概述。
通过本文，读者可对纳米抗菌材料的制备、杀菌特性以及应用有较全面的了解。
２． 纳米抗菌材料分类纳米抗菌材料按维数可分为零维纳米抗菌微粒、一维纳米抗菌线、二维纳米抗菌膜和三维纳米抗菌块。
按材质来源可分为天然纳米抗菌材料、有机物纳米抗菌材料及无机物纳米抗菌材料。
除此之外，纳米抗菌材料还可按材料的结构形态、载体类型和抗菌有效成分等进行分类。
（１）按材料结构形态划分纳米抗菌材料按结构形态可分为纳米抗菌微粒、纳米抗菌固体和纳米抗菌组装结构。
纳米抗菌微粒指的是线度为１～１００ｎｍ的具有抗菌功能的粒子的聚合体，这种聚合体的几何尺寸一般在微米或亚微米量级，其形态也不限于球形，还有片状、棒状、针状、网状等。
纳米抗菌固体又称为纳米抗菌结构材料，是指由纳米抗菌微粒聚集而成的凝聚体，该凝聚体的本身尺寸可以是宏观；纳米抗菌固体又可进一步划分为纳米块状抗菌材料、纳米薄膜抗菌材料和纳米纤维抗菌材料。
纳米抗菌组装结构是指由人工组装合成的纳米抗菌材料体系，是由纳米抗菌微粒以及纳米抗菌丝或抗菌管为基本单元，在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的材料体系。
纳米TiO_2光催化材料催化机理及其在环境污染防治中的应用研究
邵庆 辉
洪
伟
纳米 ＴＯ 光催化材料催化机理及其在环境污染 防治 中的应用研究 ｉ２
邵庆辉 ，洪 伟
（ 山市顺德 环境 科 学研 究所 有 限公 司 ，广 东 ５８０ ） 佛 ２３ ０
摘 要 ：纳 米 ＴＯ ｉ 光催 化是 一 种新 兴的 高效 、节 能的 污水 、废 气净 化新技 术 ，本 文 阐述 了 ＴＯ 光 催化 的反 应机 理 、影响 因素 ， ｉ
一
ห้องสมุดไป่ตู้
一
Ｎ Ｒ Ｈ Ｒ Ｎ ｌ ｏＮ Ｎ 、 ３ ｏ Ｔ Ｅ Ｎ Ｅ ｖ Ｒ ＭＥ Ｔ Ｑ
北方 环境
第２ ３卷
第 ９期
２１ ０ １年 ９月
利用 纳 米 ＴＯ 作 为抗 菌材 料 的应 用领 域越 来 越广 泛 ，主要 包 ｉ， 括 抗 菌瓷 砖 、抗 菌 卫生 陶瓷 洁具 、除臭 照 明 灯具 、抗 菌 荧 光灯 、 除 臭 板 、除 臭纸 、纺织 品 、防水 的雨 衣 制 品 、抗 菌涂 料 等 ，有 些 产 品 已经 商业 化 ，部分 则正 在开发 之 中 。 ３４ 表 面 自洁 ． 利 用纳 米 ＴＯ 表 面 的超亲 水特 性可 以使其 表 面具 有防 污 、防 ｉ， 雾 、易 于洗 涤 、易 于的 优点 。在汽 车 挡 风玻 璃 、后 视 镜表 面 镀上 层 ＴＯ 纳 米薄 膜 ，可 以防止 镜 面结雾 。研 究 表 明 ，镀 有 ＴＯ 薄 ｉ ｉ 膜 的镜 面和 没 有 ＴＯ 薄膜 的镜 面 相 比 ，具 有 高度 的 自洁效 果 ，一 ｉ， 旦 表面 被 油污 污染 ， 由于其 具有 超 亲 水 性 ，污物 不 易 在表 面 附着 而在 风 吹雨淋 的作 用下 剥离 ，从而 使得 表面 长期 保持 清洁 。
纳米氧化锌
纳米氧化锌
纳米氧化锌抗菌机理
01光催化抗菌机理
纳米氧化锌在阳光尤其是紫外光的照射下，在水和空气中能自行分解出带负电的电子，同时留下了带正电的空穴，这种空穴可以激发空气中的氧变为活性氧，与多种微生物发生氧化反应，从而把细菌杀死。
02金属离子溶出抗菌机理锌离子会逐渐游离出来，当它和细菌体相接触时，就会和细菌体内活性蛋白酶相结合使其失去活性，从而将细菌杀死。
通过纳米氧化锌和普通氧化锌对纯棉织物进行抗菌整理和研究，发现纳米氧化锌的抗菌是光催化和金属离子溶出两种抗菌机理共同作用的结果，纳米氧化锌对金葡球菌的抗菌性强于大肠杆菌，纳米粒子的粒径越小，光催化作用越强。
纳米氧化锌的实际应用
01生活日用品领域
在服饰方面的应用，比如运动衫，罩衫，制服，套裤，职业服，泳衣和童装等。
它还被用于工业和装饰方面，例如：广告用布，户外装饰布等。
02专业卫生领域
医用方面，纳米氧化锌的抗菌涤纶短纤可以与棉混纺制成医院用的床单，手术服，医生工作服，病员服等。
民用方面，可以用于食品行业以及各种床上用品，家具布，装饰布等，无菌手术服，无菌口罩，卫生包覆材料等。
03户外作业领域
纳米氧化锌的抗紫外性能使得其可用于生产各类遮阳伞，窗帘，运输篷布和各类帐篷用布等。
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纳米粒子的光催化机理及其抗菌效能
二氧化钛纳米粒子的光催化机理及抗菌效率在XXXX、藤岛和本田发现，在光伏电池中二氧化钛单晶分解水后，纳米
二氧化钛的多相光催化已成为研究热点，并已广泛应用于环保、健康等领域。
研究表明，纳米二氧化钛比块体材料具有更高的光催化性能这主要是由于量子尺寸效应，这使得价带和导带成为两个独立的能级。
能隙变宽，导电势变为负，价带势变为正，从而获得更强的氧化还原能力并提高其光催化能力。
纳米二氧化钛粒径小，光生电子从晶体扩散到表面的时间短，降低了电子和空穴的复合几率，有效提高了光催化性能。
同时，纳米粒子具有大的比表面积，这增强了吸附基底的能力并促进了光催化反应。
当照射能量大于或等于二氧化钛带隙能量的光时，二氧化钛吸收光子产生电子-空穴对，电子-空穴对将电荷从溶液或气相通过禁带转移到吸附在表面上的物质。
空穴捕获粒子表面吸附物或溶剂中的电子，激活并氧化最初不吸收光的物质，并还原电子受体接收表面上的电子但同时，电子-空穴复合会发生在表面和内部，降低其光催化效率。
光生电子和空穴向被吸附的有机或无机物种的转移是电子和空穴向二氧化钛转移的结果在表面上，它提供电子来还原电子受体，通常是水溶液中的氧。
空穴迁移到表面，并与提供电子的物质结合，氧化该物质。
对于电子空穴，电荷迁移的速率和概率取决于每个导带和价带
边缘的位置以及被吸附物质的氧化还原电位。
氧化还原反应只能在受体电位低于半导体的导带电位且供体电位高于价带电位时发生。
与电荷向物种转移竞争的是电子和空穴的复合，如粒子内部的复合和粒子表面的复合。
1.4研究重点
当前的研究重点是如何提高光催化剂的量子效率如果适当的空穴或表面缺陷态可以用来捕获电子或空穴，则可以防止电子-空穴复合。
价带中的空穴是氧化剂，导带中的电子是还原剂。
大多数光催化反应利用空穴氧化剂的能量提供还原物质与电子反应。
防止电子和空穴的复合是我们研究的关键。
如何提高
1.5光催化反应是发生在固-液或固-气界面的多相反应光催化材料不仅需要很大的面积，而且还需要能够一般地接收光，所以它更适合以粉末和薄膜的形式存在。
半导体中光生载流子的氧化/还原能力取决于其能带分布和吸附质的氧化/还原电位。
只要受体电势低于(更正)半导体的导带电势，或者施主电势高于(更负)半导体的价带电势，光生载流子就可以被还原或氧化。
半导体材料的能带分布是其固有特性，但也与其结构完整性和水溶液的酸碱度等有关。
由于光子吸收与光强成正比，在弱光下，光催化反应速率随光强增加而增加，量子效率保持不变当光强增加很多时，也会加速光生载流子的复合过程，导致量子效率降低，光催化反应速度略有提高。
当在
强光下反应速度达到一定极限时，即使光强增加，反应也不会更快。
因为此时的光催化反应速率由反应物分子和O2向光催化界面的转移速率控制，并且与光强度无关。
1.6
的研究进展目前，纳米二氧化钛的可见光光催化已经取得了一些进展，主要是通过掺杂过渡金属离子和一些非金属阳离子将二氧化钛的激发带从紫外光扩展到可见光。
张金龙等人通过离子注入研究了钒离子对二氧化钛光催化性能的影响。
结果表明，钒离子掺杂使二氧化钛在可见光区具有光催化活性，在太阳光照射下具有较高的光催化活性。
严鹏飞等人发现了兴奋剂？(Fe3？1%的二氧化钛在可见光区具有较高的催化活性osna wne等人用溶胶-凝胶法制备了聚乙二醇修饰的Fe3+。
-二氧化钛薄膜，Fe3进入二氧化钛晶格？吸收边转移到可见光，甲基橙在太阳光下的降解结果表明，聚乙二醇修饰了Fe3？-――二氧化钛:薄膜的光催化活性比未掺杂的薄膜提高了2 ~ 2.5倍Wilke等人认为当二氧化钛掺杂氧化锌时，在导带和禁带之间形成了一个中间掺杂带。
当禁带电子的吸收波长大于38Onm时，光子从禁带跃迁到中间带，然后光子被吸收，从中间带跃迁到导带。
可见光的吸收波长范围扩大，从而提高光能利用率。
梁晋生等人制备了具有可见光催化作用和环境净化功能的纳米(铈、银)/二氧化钛复合材料Ohno T提出了掺杂非金属阳离子制备复合材料的新思路，并成功制备了S4。
掺杂可见光下具有强光催化活性的二氧化钛复合材料
2二氧化钛纳米粒子的抗菌效率2.1抗菌机理
纳米二氧化钛对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌等有抑制和杀灭作用抗菌机理和光催化机理不同。
主要有两种。
紫外光刺激二氧化钛产生电子-空穴对，然后电子-空穴对直接或间接与细菌细胞相互作用一是孔具有很强的氧化能力，直接氧化细胞壁、细胞膜和细胞组织，导致细菌死亡。
另一种机制是光生电子或空穴首先与水或水中的溶解氧
OH或HO2反应生成活性氧物种，然后与细胞壁、细胞膜和细胞中的
组分发生化学反应目前，日本已生产出涂有纳米二氧化钛薄膜的抗菌陶瓷，并用于医院、食品加工等场所关于其在抗菌纺织品中的应用也有很多报道。
在大于带隙能量的光照条件下，电二氧化钛的电子结构表现为全价带和空导带，
个光子可以从价带激发到导带，同时在价带中产生相应的空穴。
当存在合适的捕集剂时，电子和空穴的结合被抑制，并且氧化还原反应可以在表面上发生。
空穴通常与吸附在表面的H2O或氢氧化物相互作用？离子反应形成活性羟基，并具有强氧化性，而电子吸附
？反应的氧分子，生成超氧离子(O2)超氧离子可以进一步与水反应生成过羟基
OOH)和过氧化氢(H2O2)此外，活性羟基也可以相互结合产生过氧化氢(哦？？h？哦？？
？H2O？h？哦？H
O2？e？O2
？？氧气？H2O？哦？哦？？
OOH？H2O2？O2？？哦？H2O2？e？H2O2？哦？？
H2O2？e？哦？OH
OH？哦？H2O2
活性羟基、超氧离子、过羟基和过氧化氢可与生物大分子如脂类、蛋白质、酶和核酸大分子反应，通过一系列氧化链式反应直接破坏或引起生物细胞结构
OH的广泛破坏，例如，它可攻击有机物质或其提取物H的不饱和键，引起广泛破坏通过原子，反应产生的新自由基将刺激链式反应，导致细菌蛋白质变异和脂肪分解(多肽链裂解和糖解聚)，从而杀死细菌并分解它们。
事实上，由于细菌属于单体有机大分子，光催化杀菌效果应该是细菌和二氧化钛之间的广泛相互作用，而不是像普通有机分子的光催化降解那样的简单表面反应由于活性羟基的寿命较短，不能穿过细胞膜，可能很难直接攻击细胞并破坏细胞结构，所以二氧化钛的光催化杀菌效果为
？哦，过氧化氢)由于H2O2可以穿过细菌细胞膜，物质(O2，，)不仅可以杀死细菌，还可以分解细菌死亡后释放的内毒素等脂类物质，
且存在时间长，有可能取代活性羟基成为二氧化钛光催化杀菌效果中最重要的反应介质。
当然，H2O2不能是唯一的反应物。
虽然可以通过二氧化钛光催化氧化反应和还原反应来生产，但其产量仍然很小，还需要其他活性氧物质参与。
例如，H2O2进入细菌细胞内部，并发生反应，在细菌内部产生更多氧化活性羟基。
它对细小
细菌的破坏作用将大大增强
2.2抗菌特性
2.2.1具有快速效果，
光催化反应具有强烈的杀菌效果其对大肠杆菌等的杀菌速度比银等其他无机杀菌剂快得多
二氧化钛光催化反应产生的活性羟基有402。
8(MJ/mol)反应能，高于有机物中的
化学键能，如碳-碳(83)、碳-氢(99)、碳-氮(73)、碳-氧(84)、氢-氧(111)、氮-氢(93)，能快速有效地分解有机物形成细菌，加上其它活性物质？因此，性氧物质(O2，载银无机抗菌材料)也具有很强的抗菌作用，比其他无机抗菌材料具有更快的作用效果。
我们知道细菌的生长和繁殖需要有机营养物，二氧化钛光催化产生的活性羟基可以分解这些有机营养物，抑制细菌的生长和发育，从而在很大程度上减少细菌
的数量，达到抗菌和抗菌的目的，而金属离子负载的无机抗菌材料一般不具备分解有机营养物的功能2.2.2完全杀死。