自清洁不锈钢的制备、光催化及抗菌性能研究

本项目拟发展具有自清洁功能不锈钢的制备方法，在保持不锈钢表面的硬度、机械强度和光洁度的同时，使之具有光催化活性，在光照下即可降解附着在不锈钢表面的污染物，并抑制细菌的滋生。采用阳极氧化法在不锈钢表面形成纳米微坑阵列结构，使不锈钢在可见光照条件下具有自清洁功能和一定的抑菌杀菌能力，同时保持不锈钢的表面性质基本不变。然后利用高能离子注入对不锈钢表面纳米微坑阵列进行掺杂，以提高光催化效率，进一步提高其自清洁的功能。通过多种测试手段分析不锈钢表面性质，揭示不锈钢的表面状态与其光催化活性之间的关系。这种具有可见光响应的自清洁不锈钢可大量节省不锈钢制品的清洗、保洁费用，将产生良好的社会效益和广阔的市场前景。本项目的实施将为开发具有自主知识产权的新型可见光响应自清洁不锈钢提供较为系统的理论和实验依据，我们已有的工作积累为本项目的完成奠定了良好的基础。

不锈钢具有良好的耐蚀性、耐热性，以及优异的机械强度和延展性，并且表面光亮，已广泛用于建筑材料、卫浴洁具、厨房用品、家用电器和医疗器械等领域。在室外使用环境中，不锈钢制品的表面容易受到灰尘、油污的沾染；在室内等环境中使用，还常常会粘附水渍，从而滋生细菌，威胁人们的健康，在公众场所还将造成交叉传染。所以，不锈钢产品在使用过程中，需要进行定期清洗。尤其是在幕墙、屋顶及野外等场合使用的不锈钢产品，清洗难度更大，人工耗费更高，本项目首次提出研制自清洁不锈钢来解决这些问题。采用电化学阳极氧化在不锈钢表面制备出纳米孔阵列结构，在高氯酸、NH4F、NH4Cl和磷酸二氢钠等不同的介质条件下，控制合适的电压、温度和时间范围进行阳极氧化，均能在不锈钢表面获得规整的纳米孔阵列结构，并研究了纳米孔微观结构与光催化性能之间的关系。不锈钢表面的纳米孔阵列结构具有一定的可见光响应，进一步通过高能离子注入、化学水热等方法，在纳米孔阵列结构上形成Fe2O3/TiO2、TiO2/WO3、Fe2O3/SnO2等半导体光催化剂纳米复合结构，显著提升了不锈钢表面纳米孔结构的光催化性能，并研究了纳米复合结构对不锈钢耐蚀性能的影响。掺杂后的纳米孔阵列为不锈钢材料提供了良好的光催化自清洁功能，同时保持不锈钢表面的光洁度和耐蚀性能等性质基本不变。通过上述研究，揭示了不锈钢的表面纳米复合结构的形貌、组成和微观结构与材料性能之间的关系。在掺杂后的纳米孔阵列结构上负载Ag纳米粒子，不但能够增强材料的可见光响应，而且还表现出优良的光催化抗菌性能。研究了材料的微观结构对于光催化性能和光催化抗菌性能的关系，在优化的实验条件下，对大肠杆菌表现出良好的光催化抗菌性能，为研制优良光催化活性和光催化抗菌性能的不锈钢提供了理论与实验依据。本项目通过在不锈钢表面发展纳米复合结构，使不锈钢在光照条件下具有良好的自清洁功能和抑菌杀菌能力，同时保持不锈钢表面的硬度、机械强度、光洁度和耐蚀性能等性质基本不变。这种具有可见光响应的自清洁不锈钢可大量节省不锈钢制品的清洗、保洁费用，将产生良好的社会效益和广阔的市场前景。本项目已在SCI期刊上发表研究论文12篇，申请国家发明专利4项（其中2项已授权），培养博士研究生2名，硕士研究生6名。