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河北科技大學(xué)成功合成高效抗菌和抗微生物腐蝕光催化涂層，引入微生物腐蝕管理創(chuàng)新策略

2024-09-05 14:01:00 作者：抗菌科技圈來源：腐蝕與防護分享至：

微生物腐蝕是金屬材料腐蝕失效的主要原因之一，會造成巨大的經(jīng)濟損失。Cu2O作為一種有效的光催化抗菌涂層有望成為微生物腐蝕的解決方案。然而，光腐蝕和電荷分離效率低等缺陷限制了其應(yīng)用。基于此，河北科技大學(xué)李建輝教授團隊成功合成了一種新型高效抗菌g-C3N4/Cu2O/Cu涂層。

2D g-C3N4超薄多孔結(jié)構(gòu)為Cu2O和Cu沉積提供了充足的活性位點，提高了電流效率，同時增強了光吸收和電子傳輸能力。此外，2D g-C3N4和Cu2O/Cu之間形成S型異質(zhì)結(jié)可有效抑制Cu2O光腐蝕。

值得注意的是，由于銅離子的協(xié)同殺菌作用和活性氧的產(chǎn)生，該涂層在光照和黑暗條件下都能在1小時內(nèi)快速殺滅大腸桿菌和金黃色葡萄球菌。同時，該涂層對銅綠假單胞菌引起的316L不銹鋼微生物腐蝕具有顯著的抑制作用。

因此，這種將光催化與銅元素的協(xié)同抗菌涂層在保護金屬材料免受微生物腐蝕方面具有巨大的應(yīng)用前景。相關(guān)研究成果已于近期發(fā)表在Chemical Engineering Journal上。

研究人員利用復(fù)合電鍍法在316L不銹鋼表面沉積了2D g-C3N4/Cu2O/Cu復(fù)合涂層。超薄多孔的2D g-C3N4為Cu2O和Cu結(jié)合提供了充足的活性位點，復(fù)合涂層的S型異質(zhì)結(jié)和銅元素協(xié)同作用實現(xiàn)全天候和高效的抗菌性能。密度泛函理論解釋了2D g-C3N4/Cu2O/Cu中的S型異質(zhì)結(jié)。

該涂層對316L不銹鋼的微生物腐蝕表現(xiàn)出顯著的抑制作用。該研究對新型抗菌光催化材料的開發(fā)具有指導(dǎo)意義，并為光催化材料在金屬材料微生物腐蝕防護領(lǐng)域的應(yīng)用提供了理論依據(jù)。

2D g-C3N4/Cu2O/Cu復(fù)合涂層的抗菌機理圖

電沉積電位(a)和效率與質(zhì)量(b)，XRD圖譜(C)，XPS測量光譜(d)，鍍層中Cu 2p (e)，O 1s (f)，C 1s (g)，N 1s (h)的XPS光譜

2D g-C3N4 (a)、C0 (b)、CG(c)的SEM圖像、CG(d h)的面掃圖像和CG (i)的EDS光譜

ATP含量(a)，E. coli (b)和S. aureus (c)的核酸和蛋白質(zhì)的紫外吸收光譜

暗(-)和亮(+)

C0和CG的長期抗菌測試。對E. coli(a)和S. aureus(b)的抗菌效率，釋放的Cu²⁺濃度(c) [暗(−)和亮(+)]。與CG(d)和外源Cu²⁺(e)共同培養(yǎng)后的浮游細(xì)菌菌落，高分辨率XPS譜圖的Cu 2p(f)

對E. coli(a)和S. aureus(b)的滅菌動力學(xué)曲線

暗(−)和亮(+)

在氙照射10分鐘后，2D g-C3N4、C0和CG樣品的·OH(a)、·O^2-(b)和1O2(c)電子順磁共振譜，以及氙燈照射0分鐘、5分鐘和10分鐘后，2D g-C3N4(d)、C0(e)和CG(f)中·OH的變化

2D g-C3N4(a)和C0(b)的靜電勢圖。2D g-C3N4/Cu2O/Cu的S型異質(zhì)結(jié)構(gòu)示意圖

316L不銹鋼、C0和CG在存在P. aeruginosa的情況下浸泡14天后的LPR(a)、極化曲線(b)、點蝕坑分布圖(c)以及316L不銹鋼、C0和CG表面最大點蝕坑的3D圖

2D g-C3N4的超薄多孔微觀結(jié)構(gòu)為Cu2O和Cu沉積提供了豐富的活性位點。抗菌評估顯示，2D g-C3N4/Cu2O/Cu涂層在黑暗條件下的性能優(yōu)于Cu2O/Cu涂層，這歸因于2D g-C3N4和Cu2O/Cu之間形成了S型異質(zhì)結(jié)，這增強了抗菌功效，同時抑制了Cu2O氧化和光腐蝕。