具有光热功能的sns2纳米片阵列结构及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及一种具有光热功能的sns2纳米片阵列结构及其制备方法，属于无机纳米材料和光热功能材料制备技术领域。
背景技术：
2.抗菌材料在生命健康领域具有重要的应用价值和市场需求，是人类健康的重要保障。一次性防护材料使用后表面残留的细菌极易造成二次污染，严重威胁环境安全和人类生命健康。因此，研究开发具有优异灭菌功能的防护材料，能有效减少资源的浪费，对国民经济和人民生命健康具有重要的社会价值和科学意义。目前已开发的灭菌方式有高温高压灭菌、化学灭菌和光热灭菌等，前两种方式存在能耗高、设备依赖性强、生物细胞毒性和细菌的耐药性等诸多问题，不利于环境的可持续发展。相对而言，光热灭菌利用光热功能材料带隙的特殊性，将光能转化为局域热能，具有低能耗、环境友好和安全性高等优势，有望实现防护用品的远程精准灭菌。
3.二硫化锡(sns2)具有典型的二维层状结构，其特殊的类石墨结构赋予sns2优异的电化学性能、光电响应能力和光热转换能力。目前，关于sns2二维材料的研究多集中在提高sns2的电化学稳定性和电催化性能。例如，cn111354929a公开了一种具有多层核壳结构的碳纤维-二硫化锡电极材料的制备方法，得到了二硫化锡纳米片垂直生长在碳纳米纤维的表面的阵列结构，增强了其电化学稳定性。cn109286011a公开了一种二硫化锡/垂直石墨烯纳米片阵列电极的制备方法，通过等离子体增强化学气相淀积法制备得到的柔性电极，具有多孔状网格结构，显著提高了其电化学性能。cn110190266a公开了一种金属杂原子掺杂二维sns2纳米片阵列垂直生长在碳布上作为钠离子电池负极材料的制备方法，制备得到的电极材料具有优异的比容量，倍率性能和快速充放电性能。cn112018354a公开了一种用于钾离子电池负极的阵列状sns2/mxene复合材料的制备方法，表现出高的比容量以及良好的循环稳定性。cn113549949a公开了一种sns
2-xox
/cc纳米片阵列的制备方法，在碳纸表面得到了具有表面氧改性的sns2纳米片阵列，提高了sns2纳米片催化co2还原为甲酸盐和合成气(co和h2)的电催化活性。然而，关于sns2二维材料的光热功能方面的研究鲜有报道。因此，利用sns2优异的光热转换能力，制备具有光热功能的新型防护材料，对拓宽sns2在新型医用灭菌材料方向上的应用具有非常重要的市场价值。
技术实现要素：
4.本发明的目的是提供一种具有光热功能的sns2纳米片阵列结构及其制备方法。
5.一、sns2纳米片阵列结构的制备
6.本发明具有阵列结构的sns2纳米片的制备方法，采用一步溶剂热法，将锡源材料和硫源材料以一定的摩尔比分别在相同体积的溶剂中进行分散，磁力搅拌10～30min；随后将上述两种溶液先后加入至溶有表面活性剂的相同溶剂中，磁力搅拌10～30min；混合均匀后，将混合溶液转移至放置有基底的反应釜中，在150～200℃下进行溶剂热反应5～24h；待
反应釜自然冷却至室温，用蒸馏水和无水乙醇分别洗涤基底三次，于30～80℃下真空干燥后得到表面具有阵列结构的sns2纳米片包覆纤维材料。
7.其中，锡源材料为锡盐化合物，包括sncl2·
2h2o、sncl2、sncl4·
5h2o、sncl4、sn(coo)2、snso4中的一种或两种。
8.硫源材料为硫代乙酰胺、硫脲、硫代异丁酰胺、硫代乙酸胺、乙基硫代乙酰胺、烯丙基硫脲、硫代乙酸、硫代苯甲酰胺、二硫代脲、硫代乙酰苯胺中的一种或两种。
9.锡源材料和硫源材料的摩尔比为1：0.1～1：10。
10.溶剂为去离子水、乙二醇、异丙醇、正丁醇中的一种或两种，锡源材料和硫源材料在溶剂中的浓度为0.01～0.1mmol/ml。
11.表面活性剂为十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、吐温-80、聚乙二醇、月桂醇聚氧乙烯醚、硬脂酸钠中的一种或两种，其浓度为0.005～0.1g/ml。
12.基底为碳纸、碳布、一次性医用口罩过滤层、熔喷布、无纺布、棉织物、滤纸、丝绸、聚酯纤维中的一种或两种，尺寸为0.5cm
×
0.5cm至4cm
×
4cm。
13.综上所述，本发明制备的具有光热功能的sns2纳米片包覆纤维材料相对现有技术具有以下优势：
14.1、本发明中制备的具有光热功能的sns2纳米片包覆纤维材料，是通过一步溶剂热法实现的，制备工艺简单，可操作性强，有利于实现产品的大规模工业化应用；
15.2、本发明中制备的具有光热功能的sns2纳米片包覆纤维材料，sns2纳米片在纤维表面均匀分布，产物的形貌均一，重复性和可控性强，并且在多种基底表面均可得到sns2纳米片的阵列结构，可适性强，本发明所采用的制备方法能够适用于多种材质的功能防护材料，包括碳纸、碳布、一次性医用口罩过滤层、熔喷布、无纺布、棉织物、滤纸、丝绸、聚酯纤维等；
16.3、本发明中制备的具有光热功能的sns2纳米片包覆口罩过滤层，利用sns2纳米片优异的光热转换能力，在0.2w cm-2
密度的模拟太阳光照射下，1min即可升温至80℃，极大地促进了具有光热功能的防护材料在光热灭菌和生物医用材料领域的应用。
附图说明
17.图1为sns2纳米片阵列结构在一次性医用口罩过滤层上的扫描电镜照片。
18.图2为实施例5制备得到的sns2纳米片包覆的一次性医用口罩过滤层，在0.2w cm-2
模拟太阳光照射1min后的红外成像图片。
具体实施方式
19.下面通过具体实施例对本发明具有光热功能的sns2纳米片阵列结构的制备和性能作进一步说明。
20.实施例1
21.将1.0mmol sncl2·
2h2o和1.0mmol硫代乙酰胺分别在1.6ml异丙醇中分散均匀，磁力搅拌20min；随后将1.0g聚乙烯吡咯烷酮分散在30ml异丙醇中，磁力搅拌30min充分溶解；然后将sncl2·
2h2o和硫代乙酰胺的分散液先后加入至溶有聚乙烯吡咯烷酮的异丙醇溶液中，磁力搅拌30min；混合均匀后，将上述混合溶液转移至放置有2cm
×
2cm碳布的聚四氟乙
烯反应釜内衬中，经不锈钢反应釜密封后，在170℃下进行溶剂热反应10h；待反应釜自然冷却至室温，用蒸馏水和无水乙醇分别洗涤基底三次，于40℃下真空干燥后得到表面具有阵列结构的sns2纳米片包覆碳布。
22.实施例2
23.将0.5mmol sncl2·
2h2o和0.5mmol硫代乙酰胺分别在1.0ml异丙醇中分散均匀，磁力搅拌20min；随后将0.5g聚乙烯吡咯烷酮分散在30ml异丙醇中，磁力搅拌30min充分溶解；然后将sncl2·
2h2o和硫代乙酰胺的分散液先后加入至溶有聚乙烯吡咯烷酮的异丙醇溶液中，磁力搅拌30min；混合均匀后，将上述混合溶液转移至放置有2cm
×
2cm碳布的聚四氟乙烯反应釜内衬中，经不锈钢反应釜密封后，在170℃下进行溶剂热反应10h；待反应釜自然冷却至室温，用蒸馏水和无水乙醇分别洗涤基底三次，于40℃下真空干燥后得到表面具有阵列结构的sns2纳米片包覆碳布。
24.实施例3
25.将0.8mmol sncl4·
5h2o和0.8mmol硫代乙酰胺分别在1.6ml异丙醇中分散均匀，磁力搅拌20min；随后将1.0g聚乙烯吡咯烷酮分散在30ml异丙醇中，磁力搅拌30min充分溶解；然后将sncl4·
5h2o和硫代乙酰胺的分散液先后加入至溶有聚乙烯吡咯烷酮的异丙醇溶液中，磁力搅拌30min；混合均匀后，将上述混合溶液转移至放置有1cm
×
1cm一次性医用口罩过滤层的聚四氟乙烯反应釜内衬中，经不锈钢反应釜密封后，在160℃下进行溶剂热反应12h；待反应釜自然冷却至室温，用蒸馏水和无水乙醇分别洗涤基底三次，于40℃下真空干燥后得到表面具有阵列结构的sns2纳米片包覆一次性医用口罩过滤层。
26.实施例4
27.将0.7mmol sncl2·
2h2o和0.7mmol硫脲分别在1.6ml乙二醇中分散均匀，磁力搅拌20min；随后将0.5g聚乙烯吡咯烷酮分散在30ml乙二醇中，磁力搅拌30min充分溶解；然后将sncl2·
2h2o和硫脲的分散液先后加入至溶有聚乙烯吡咯烷酮的乙二醇溶液中，磁力搅拌30min；混合均匀后，将上述混合溶液转移至放置有1cm
×
1cm一次性医用口罩过滤层的聚四氟乙烯反应釜内衬中，经不锈钢反应釜密封后，在160℃下进行溶剂热反应12h；待反应釜自然冷却至室温，用蒸馏水和无水乙醇分别洗涤基底三次，于40℃下真空干燥后得到表面具有阵列结构的sns2纳米片包覆一次性医用口罩过滤层。
28.实施例5
29.将0.7mmol sncl2·
2h2o和0.7mmol硫代乙酰胺分别在1.6ml乙二醇中分散均匀，磁力搅拌20min；随后将0.5g聚乙烯吡咯烷酮分散在30ml乙二醇中，磁力搅拌30min充分溶解；然后将sncl2·
2h2o和硫代乙酰胺的分散液先后加入至溶有聚乙烯吡咯烷酮的乙二醇溶液中，磁力搅拌30min；混合均匀后，将上述混合溶液转移至放置有3cm
×
3cm一次性医用口罩过滤层的聚四氟乙烯反应釜内衬中，经不锈钢反应釜密封后，在160℃下进行溶剂热反应12h；待反应釜自然冷却至室温，用蒸馏水和无水乙醇分别洗涤基底三次，于40℃下真空干燥后得到表面具有阵列结构的sns2纳米片包覆一次性医用口罩过滤层。
30.实施例6
31.将1.0mmol sncl2·
2h2o和1.0mmol硫代乙酰胺分别在1.6ml乙二醇中分散均匀，磁力搅拌20min；随后将0.5g吐温-80分散在30ml乙二醇中，磁力搅拌30min充分溶解；然后将sncl2·
2h2o和硫代乙酰胺的分散液先后加入至溶有吐温-80的乙二醇溶液中，磁力搅拌
30min；混合均匀后，将上述混合溶液转移至放置有3cm
×
3cm一次性医用口罩过滤层的聚四氟乙烯反应釜内衬中，经不锈钢反应釜密封后，在170℃下进行溶剂热反应24h；待反应釜自然冷却至室温，用蒸馏水和无水乙醇分别洗涤基底三次，于40℃下真空干燥后得到表面具有阵列结构的sns2纳米片包覆一次性医用口罩过滤层。
32.对实施例5制得的sns2纳米片阵列包覆一次性医用口罩过滤层进行性能评价：
33.1.sns2纳米片阵列结构的微观形貌观察
34.测试方法：采用zeiss gemini sem 300型扫描电子显微镜观察水热生长后的sns2纳米片阵列结构，加速电压为5kv。
35.图1为溶剂热反应后，一次性医用口罩过滤层的sem图片，从图中可以看出，一次性医用口罩过滤层中的纤维表面均匀分布着大量sns2纳米片，并呈有序的阵列结构。
36.2.sns2纳米片包覆纤维的光热性能评价
37.测试方法：：采用350w短弧氙灯模拟太阳光照射超疏水海绵，能量密度为0.2w cm-2
，照射距离为25cm；采用希玛仪表的st 9450a+型热成像仪记录超疏水海绵的表面温度随照射时间的变化情况，热成像仪与样品之间的距离设定为25cm。
38.图2为sns2纳米片包覆口罩过滤层在太阳光模拟照射1min后的表面温度变化情况，sns2纳米片包覆口罩过滤层的表面温度升高至80.0℃，与之相比，在相同照射条件下，未经修饰的原始口罩过滤层的表面温度仅为30.0℃，证明sns2纳米片包覆口罩过滤层具有优异的光热转换能力。