18 / 2021-03-12 18:20:36

等离子喷涂ZnO纳米复合涂层的光催化及抗菌性能研究

大气等离子喷涂,纳米ZnO涂层,Ag,光催化,抗菌,超亲/超疏水

氧化锌（ZnO）是一种成本低、氧化还原电位高、无毒、环境友好的半导体氧化物，广泛应用于污水处理，抗菌防污、光学及传感器领域。本研究分别以Zn粉和Zn@Ag核壳粉末为原料，采用大气等离子喷涂制备出Zn/ZnO（简称ZZ）和Zn/ZnO/Ag（简称ZZA）复合涂层。实验证明，Zn粉能够在等离子束流中蒸发并气相沉积的ZnO，随着喷涂功率的提高ZnO的含量先增加后减小，ZnO含量最高能达到约25 wt.%。ZZA涂层呈现纳米ZnO构成的树枝晶形貌，SEM和TEM分析发现，其ZnO晶粒尺寸受喷涂功率影响，最小能达到10nm左右。XRD分析发现，ZZA涂层中ZnO的含量明显高于以ZZ涂层，随着喷涂功率的升高Zn能全部转变成ZnO。TEM能谱发现，Ag以纳米晶粒形式分布于ZnO涂层中，形成了ZnO/Ag的异质结构。因而DRs UV-Vis分析发现，ZZA涂层的禁带宽度只有1.51eV，远低于ZZ涂层的3.35eV。采用紫外光和模拟可见光降解甲基橙评价了光催化性能，结果发现ZZA在两种光源照射下均具有更好的光催化活性。采用自由基捕获剂证明了，在涂层的光催化降解过程中电子空穴h⁺和超氧自由基·O₂^-起到主要作用。采用抑菌圈和生长曲线法研究了两种涂层对于E.coli和S.aureus 的抗菌性能，结果发现ZZA涂层的抗菌效果优于ZZ涂层。光照下的抗菌性能优于黑暗环境。两种涂层对E.coli的最小抑菌浓度（MIC）都为200μg/mL，对S.aureus都为50μg/mL，但ZZ涂层的最小杀菌浓度（MBC）大于ZZA涂层。最后采用多巴胺和FAS-17对涂层表面进行了修饰，结果表明多巴胺修饰后的涂层能够具备超亲水性，其抗菌性能也会有所提高；FAS-17修饰的涂层能够具备超疏水性能，其抑菌性能有所下降。该薄膜的成功制备为采用等离子喷涂制备半导体纳米氧化物涂层提供了新的思路。