Zn、Co单掺杂及Co-Zn共掺杂TiO2纳米材料协同抗菌效应的研究

采用溶胶-凝胶法对TiO2进行Zn、Co单一掺杂及Co-Zn共掺杂改性。以大肠杆菌、金葡萄球菌、白念球菌为实验菌种,研究在可见光照射下各掺杂元素、反应因素对对抗菌活性的影响。运用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、比表面仪(BET)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和紫外可见漫反射光谱(UV-Vis-DRS)等测试手段对材料进行表征。实验结果表明,Zn离子掺杂可以引起TiO2能级结构的变化,既可以接受TiO2价带上的激发电子,也可以吸收光子使电子跃迁到TiO2的导带上,另外Zn/TiO2纳米材料中含有27%的ZnTiO3,ZnTiO3具有光催化活性,能够抑制菌种生长;Co/TiO2纳米材料掺杂改性抗菌剂中,Co组分的存在通过抑制TiO2的晶粒长大,使TiO2晶粒尺寸减小,从而增大晶粒的比表面积。Co离子单掺杂在TiO2能隙中引入了Co4f杂质能级,即TiO2的价带与Co的4f电层间发生了迁移,生成捕获能级,降低了禁带宽度,增加了Co/TiO2对可见光的吸收,增进抗菌剂的光催化性能,提高抗菌性;Co-Zn/TiO2纳米材料的抗菌效果最优,Zn、Co共掺杂TiO2促进了Zn、Co离子的溶出。由于Zn、Co离子本身也具有杀菌作用,它们渗透细菌细胞壁并抑制酶活性导致细菌死亡,但是可能由于对微生物攻击的目标不同,当微生物同时接触Zn和Co离子时,细胞膜上的不同位置都受到了攻击,导致更有效的损伤。

Synergistic antibacterial effect of Zn,Co doped and Co/Zn co-doped titania nano-materials

SHI Dai;YANG He;XUE Xiangxin(Institute of Metallurgical Resources and Environmental Engineering,Northeastern University,Shenyang 110004,China;Faculty of Mechanical Engineering,Shenyang Politechnic College,Shenyang 110004,China)