高效抗菌、抗藻、光催化多功能纳米复合材料的可控合成、机理及性能研究

纳米环境功能材料的多功能集成化及可控合成技术一直是该领域极具挑战性的课题之一，探求合适的目标材料及可控合成、改性方法，并深刻理解其生长机理是解决这一问题的有效途径。本项目创新性的采用配合物－水解－沉淀及烧结法结合微量元素掺杂技术合成出微观形貌、结构、组成和尺寸可控的由ZnO、Ag及微量掺杂元素组成的集抗菌、抗藻和光催化性能于一体的低成本、高安全性系列纳米复合材料，深入研究"合成工艺→可控产物→性能"间的影响规律及相关的基本理论。探索出一条制备多功能集成化纳米复合材料的适普方法。.主要研究内容：1）系统研究原料选取及可控合成、微量元素掺杂等工艺方法及工艺参数对产物的影响规律，获得最佳工艺参数。并以介观生长热、动力学、晶体生长和能带理论等为依据，深入研究其可控生长及性能优化机理。2）系统研究纳米复合材料的分散剂种类和分散过程，确定最佳分散工艺，并研究其分散机理；3）探索其在塑料、橡胶中的应用。

目前，课题组已完成了项目任务书中的全部内容：1）采用配合物－水解－沉淀及烧结法制备出由不同配比ZnO和Ag组成的集抗菌、抗藻和光催化性能于一体的多功能、低成本、高安全性的系列纳米复合材料，通过条件和正交实验获得了最优工艺参数，研究了其生长动力学，揭示了ZnO/Ag纳米复合材料形成的内在机制，提出了合理的生长机理；2）通过改变反应条件得到了一系列形貌可控的ZnO/Ag纳米复合材料，提出了可控生长理论，进而研究了形貌对产物性能的影响规律和机理；3）系统研究了阴离子、非离子以及阴离子和非离子型表面活性剂复配及偶联剂等几十种分散剂对ZnO/Ag纳米复合材料分散性能的影响规律，获得了最优分散剂种类和分散工艺，提出了分散机理，并研究了分散性对ZnO/Ag纳米复合材料抗菌性能的影响规律；4）在检测了ZnO/Ag纳米复合材料的抗菌、抗藻、光催化性能的基础上，还对其安全性能进行了测试；5）采用前驱体液相掺杂、等离子掺杂和气相掺杂等方法，通过研究各工艺参数对N、Fe掺杂及Fe/N共掺杂对纳米ZnO及Ag/ZnO纳米复合材料光催化性能的影响规律，分别得出了Fe、N掺杂及Fe/N共掺杂的最优掺杂工艺，并结合扩散及晶体生长理论提出了掺杂机理。利用能带理论和基于密度泛函理论的第一性原理揭示了掺杂对产物能带结构及光催化性能的影响规律，从理论上解释了性能优化机理； 6）研究了ZnO/Ag纳米复合材料在抗菌PVC、NL、NR、TPI及NBR橡胶，以及新型防污漆中的应用，研究了ZnO/Ag纳米复合材料对抗菌制品的抗菌、抗藻及力学性能等的影响规律，为其今后的实际应用奠定了坚实的基础。.通过上述研究工作，先后获省自然科学二等奖1项，石化协会科技进步一、二等奖各1项，省高校科技进步三等奖1项；申请国家发明专利10项，授权7项；发表论文40篇，其中SCI收录22篇，EI收录4篇，ISTP收录5篇；培养中青年教师4人，在读博士生4人，硕士生10余人。.此外，本课题组在完成计划研究内容的基础上，还进行了部分拓展性工作，1）系统研究了两步液相沉淀法制备Ag/ZnO纳米复合材料，获得优选工艺参数；2）获得了AgBr/ZnO、AgCl/ZnO及网状Ag/AgCl/ZnO等其他ZnO基纳米复合材料的优选制备工艺，并研究了其光催化性能，为今后这方面的研究提供了方向和借鉴。