本发明涉及一种高效ni/ni3s2纳米抗菌剂及其制备方法，属于纳米抗菌材料技术领域。
背景技术：
近年来，过渡金属硫化物如ni3s2、mos2、co8s9等，由于它们具有不同的化学计量组成、晶体结构、价态和形态而开创了潜在的电极材料的先河。与相应的氧化物相比，过渡金属硫化物具有更丰富的氧化还原反应，更高的导电性，更令人满意的机械和热稳定性。在这些过渡金属硫化物中，镍硫化物具有许多不同的相，如nis、ni3s2、ni3s4、ni7s6和ni9s8，因其优异的氧化还原可逆性、安全性、低成本和良好的机械稳定性而被广泛研究。特别是ni3s2具有理论比电容高、成本低、制备简单等优点而备受关注。ni3s2在其整个结构中具有连续的ni-ni键网络，具有固有的金属特性，由此产生的高导电性极大地促进了离子和电子的运输，因而ni3s2常常用来制作电极材料。
研究发现，当ni3s2和金属m(m＝ni、co、au)形成m/ni3s2复合材料时将会表现出独特的电化学性质和催化性质，因此引起了科研人员巨大的研究热情。
专利cn106531477a公布了一种镍/钴掺杂二硫化三镍储能电极材料的制备方法。以镍纳米线薄膜为基体材料与硫代乙酰胺溶液混合，130～200℃水热反应1～24h，清洗后，得到镍/二硫化三镍纳米线；镍/二硫化三镍纳米线与钴盐溶液、乙二胺和乙二醇混合液在120～220℃水热反应0.5～12h，经去离子水和乙醇清洗，获得镍/钴掺杂二硫化三镍电极材料。该电极材料的体积比电容值大，具有良好的倍率性能。
专利cn110026566a公布了一种单晶壳层的au@ni3s2核壳结构的纳米颗粒及其制备方法。具体步骤是：利用油胺和乙酰丙酮镍的混合溶液作为原料，加入氯金酸甲苯溶液，在氩气保护气体的条件下，反应温度为95～110℃，反应时间至少为10min，获得含au纳米颗粒的乙酰丙酮镍的油胺溶液；在上述混合液中，加入1-十二硫醇，在170～180℃，反应至少2h，离心，超声清洗，获得au@ni3s2核壳结构的纳米颗粒。该纳米颗粒为面心立方相au核与菱形相ni3s2壳层构成，其中，au@ni3s2核壳结构纳米颗粒的直径在15～30nm，au核直径为5～10nm，具有优异的析氢催化性能。
juanjian等在泡沫镍(sn-ni3s2/nf)上通过简单的水热过程制备了掺杂锡(sn)的ni3s2纳米片。具体步骤是：将1cm×9cm的nf(泡沫镍)片放入50ml反应液(1.0mmolh2ncsnh2,0.15mmolna2sno3·3h2o,50ml去离子水)的不锈钢高压釜中，置于220℃的烤箱中保持5h。当高压釜自然冷却到约25℃，获得黑色泡沫镍基产品，先后用去离子水和乙醇冲洗，60℃干燥12h，合成了银耳状的sn-ni3s2/nf。该方法制备的sn-ni3s2/nf是优良的水分解电催化剂。参阅acsappl.mater.interfaces2018,10,40568-40576。
目前m/ni3s2复合材料主要用作电极材料和催化剂。由于ni3s2具有环境友好、价格低廉以及储量丰富等优点，所以开发m/ni3s2复合材料的抗菌用途仍然是化学工作者的一个重要研究课题。
由于镍离子容易与细菌蛋白质中的氨基酸结合，引起细胞质皱缩，导致其复制功能丧失，进而使细菌凋亡，所以，寻找简单的方法制备ni/ni3s2复合材料并探讨其抑菌性质，是目前一个亟待开发的领域。
技术实现要素：
本发明针对现有技术的不足，提供一种用于抗菌剂的ni/ni3s2复合材料及其制备方法。本发明采用两次微波法合成的ni/ni3s2纳米颗粒对大肠杆菌表面出良好的抑菌性质。可用于大肠杆菌的抗菌剂。
本发明的技术方案如下：
一种ni/ni3s2纳米抗菌剂，所述的抗菌剂为表面粗糙的ni/ni3s2纳米颗粒，平均粒径为30～45nm。
根据本发明优选的，所述的抗菌剂对大肠杆菌的抑菌圈直径为18～22mm。
根据本发明，上述ni/ni3s2纳米抗菌剂的制备方法，包括步骤如下：
(1)以油酸为分散剂，加入硝酸镍、氢氧化钠、去离子水和乙醇混合均匀后，微波反应；沉淀物洗涤干燥后，于450～550℃焙烧2～3h，得到ni/nio纳米颗粒；
(2)将ni/nio颗粒加入硫化钠和去离子水混合均匀，微波反应；沉淀物洗涤干燥，即得ni/ni3s2纳米抗菌剂。
根据本发明优选的，步骤(1)中所述ni/nio为纳米颗粒，平均粒径为20～40nm。进一步优选，所述的ni/nio纳米颗粒的平均粒径为30nm。
根据本发明优选的，步骤(1)中所述的硝酸镍为六水合硝酸镍。
根据本发明优选的，步骤(1)中所述的油酸体积与硝酸镍的摩尔比为6～8ml：1mmol；硝酸镍与氢氧化钠的摩尔比＝1:2.5～3.5；加入去离子水体积与硝酸镍的摩尔比为40～50ml：1mmol；加入乙醇体积与硝酸镍的摩尔比为6～8ml：1mmol。进一步优选，油酸体积与硝酸镍的摩尔比为7ml：1mmol；硝酸镍与氢氧化钠的摩尔比＝1:3；加入去离子水体积与硝酸镍的摩尔比为45ml：1mmol；加入乙醇体积与硝酸镍的摩尔比为7ml：1mmol。
根据本发明优选的，步骤(1)中所述的微波反应1～2h；进一步优选，所述的微波反应的功率为500w，反应时间为1.5h。
根据本发明优选的，步骤(1)中所述的沉淀物用95％乙醇洗涤5～7次；进一步优选，所述的沉淀物用95％乙醇洗涤6次。
根据本发明优选的，步骤(1)中所述的干燥条件为80～90℃下干燥24h；进一步优选，所述的干燥条件为85℃下干燥24h。
根据本发明优选的，步骤(1)中所述的焙烧条件为450～550℃马弗炉中焙烧2～3h；进一步优选，所述的焙烧条件为500℃马弗炉中焙烧2.5h。
根据本发明优选的，步骤(2)中所述的硫化钠为九水合硫化钠。
根据本发明优选的，步骤(2)中ni/nio与硫化钠的质量比＝1:3～4，加入的去离子水体积与ni/nio的质量比为40～50ml：0.1～0.2g；进一步优选，所述的ni/nio与硫化钠的质量比＝1:3.5；加入的去离子水体积与ni/nio的质量比为45ml：0.1～0.2g。
根据本发明优选的，步骤(2)中混合均匀的方式为超声分散，所述的超声分散时间为1～2h；进一步优选，所述的超声分散时间为1.5h。
根据本发明优选的，步骤(2)中所述的微波反应2～3h；进一步优选，所述的微波反应的功率为500w，反应时间为2.5h。
根据本发明优选的，步骤(2)中所述的沉淀物用95％乙醇洗涤3～5次；进一步优选，所述的用95％乙醇洗涤4次。
根据本发明优选的，步骤(2)中所述的干燥条件为80～90℃下干燥24h；进一步优选，所述的干燥条件为85℃下干燥24h。
根据本发明优选的，步骤(2)中所述的ni/ni3s2纳米抗菌剂为ni/ni3s2纳米颗粒，平均粒径为30～45nm；进一步优选，平均粒径为35nm。
根据本发明，所述ni/ni3s2纳米抗菌剂的制备方法，一种优选的实施方案，包括步骤如下：
(1)量取6-8ml的油酸于烧杯中，分批依次加入硝酸镍、氢氧化钠、去离子水和乙醇，充分搅拌均匀后，转移至微波仪中，反应1～2h；油酸体积与硝酸镍的摩尔比为6～8ml：1mmol，硝酸镍与氢氧化钠的摩尔比＝1:2.5～3.5，加入去离子水体积与硝酸镍的摩尔比为40～50ml：1mmol，加入乙醇体积与硝酸镍的摩尔比为6～8ml：1mmol；
所得沉淀物用95％乙醇洗涤5～7次，经80～90℃下干燥24h后，在450～550℃马弗炉中焙烧2～3h，得到ni/nio粉体；所得即为ni/nio纳米颗粒；
(2)称取步骤(1)制得的ni/nio纳米粉体和硫化钠，加入的去离子水体积为40～50ml，ni/nio与硫化钠的质量比＝1:3～4，加入的去离子水体积与ni/nio的质量比为40～50ml：0.1～0.2g；搅拌15min，再超声分散1～2h，将混合液移至微波仪中反应2～3h；将过滤得到的沉淀物用95％乙醇洗涤3～5次，在80～90℃下干燥24h，得到ni/ni3s2粉体，所得即为ni/ni3s2抗菌剂。
本发明制备的ni/ni3s2为表面粗糙的纳米颗粒，平均粒径为35nm，对大肠杆菌具有良好的抗菌性质，可用作大肠杆菌的抗菌剂。
特别说明，本发明中选用的微波仪全称为微波催化合成/萃取仪(北京祥鹄科技发展有限公司出品)，功率为500w。微波法具有加热速度快、反应灵敏、受热体系均匀等特点。
特别说明：大肠杆菌，属于革兰氏阴性菌，该菌外形杆状，周身具有鞭毛，能运动。当人或动物机体的抵抗力下降或大肠杆菌侵入人机体其他部位时，可引起腹膜炎、败血症、胆囊炎、膀胱炎及腹泻等。大肠杆菌生活在人和动物肠道中，不生活在水中，如果在水中发现，说明水被粪便污染。卫生学上常以大肠杆菌作为检查水源是否被粪便污染的指标。大肠杆菌繁殖迅速，培养容易，变异容易被检出，因此是生物学上的重要实验材料，同时也是检验抗菌剂抗菌性能的常用细菌之一。
本发明采用抑菌圈法来评价产品的抗菌性质。一般来说，如果抑菌圈直径大于7mm就判定有抑菌作用。同时，采用olympusbx51显微镜(奥林巴斯bx51)观察加入抗菌剂前后大肠杆菌的生长情况，以此对其抗菌性进行评判。加入抗菌剂后，大肠杆菌的数量有明显减少，且生长状态有明显改变，则表明抗菌剂的性能越好。
本发明制备的ni/ni3s2纳米颗粒对大肠杆菌的抑菌圈直径为18～22mm，说明产品的抗菌性好，可用作纳米抗菌剂。
本发明的技术特点与优良效果：
本发明分两部合成：(1)采用微波法合成ni/nio纳米颗粒；(2)将制备的ni/nio纳米颗粒进行快速微波硫化处理，获得ni/ni3s2复合材料。本发明采用微波法制备的ni/nio粉体，微观形貌为表面光滑的ni/nio纳米颗粒；再次采用微波法将ni/nio粉体进行硫化处理，制得ni/ni3s2粉体，微观形貌为表面粗糙的ni/ni3s2纳米颗粒。这种具有特殊形貌特征的ni/ni3s2纳米颗粒是具有较好抗菌性的重要影响因素之一。本发明制备的ni/ni3s2纳米颗粒，其粗糙的表面，即增大了复合材料的表面积，又增加了与细菌密切接触的机会；金属镍和ni3s2中存在的大量的镍离子和硫离子使其更易于与蛋白质中的氨基酸等物质结合，影响了细菌细胞的复制功能，导致其最终凋亡，故表现出较高的抗菌活性。
本发明方法制备的ni/ni3s2复合材料具有以下优点：
1、采用微波法制备了纳米ni/nio复合材料。其中ni和nio均为立方晶相，其衍射峰分别对应于标准卡片(pdf#65-0380)和(pdf#47-1049)。
2、采用微波法进行硫化处理，制备的ni/ni3s2复合材料中，ni仍为立方晶相(pdf#65-0380)，ni3s2为斜方晶相，其衍射峰对应于标准卡片(pdf#44-1418)。产品纯度高，结晶度好。
3、ni/nio复合材料微观形貌为表面光滑的纳米颗粒；硫化后制得的ni/ni3s2复合材料微观形貌为表面粗糙的纳米颗粒，平均粒径略有增大。
4、ni/ni3s2复合材料中，颗粒尺寸均在纳米级，使得其中的硫和镍离子更易于与细菌蛋白质中的氨基酸等物质键合，导致蛋白质失活而死亡；另外，粗糙的表面也增加了ni/ni3s2纳米颗粒与细菌接触的活性位点，所以具备较好的抗菌活性。
5、微波制备方法快速简单，成本低，产品纯度高，抗菌效果好，值得推广应用。
附图说明
图1为实施例1制备的纳米粉体的x-射线衍射谱图(xrd)。纵坐标为相对衍射强度，横坐标为2θ衍射角。其中(a)为ni/nio的xrd图谱；(b)为ni/ni3s2的xrd图谱。
图2为实施例1制备的ni/nio纳米粉体的扫描电镜照片。
图3为实施例1制备的ni/ni3s2纳米粉体的扫描电镜照片。
图4为实施例1制备的ni/ni3s2纳米粉体的低倍透射电镜照片。
图5为实施例1制备的ni/ni3s2纳米粉体的高倍透射电镜照片。
图6为实施例1制备的ni/ni3s2纳米粉体的能量色散x射线光谱(eds)图。
图7为实施例1制备的ni/nio纳米粉体的抑菌圈照片。
图8为实施例1制备的ni/ni3s2纳米粉体的抑菌圈照片。
图9为实施例1制备的ni/ni3s2纳米粉体的显微镜照片。左图为未加ni/ni3s2纳米粉体的大肠杆菌生长的显微镜照片；右图为加入ni/ni3s2纳米粉体后的大肠杆菌生长的显微镜照片。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明所保护范围不限于此。
实施例1、一种ni/ni3s2纳米抗菌剂的制备方法，包括步骤如下：
(1)量取7ml油酸于烧杯中，依次加入0.2908g(10mmol)六水合硝酸镍、0.1200g(30mmol)氢氧化钠(硝酸镍和氢氧化钠的摩尔比＝1:3)、45ml去离子水和7ml乙醇，充分搅拌均匀后，转移至微波仪中，反应1.5h，所得沉淀物用95％乙醇洗涤6次，经85℃下干燥24h后，在500℃马弗炉中焙烧2.5h，得到ni/nio粉体；所得即为表面光滑的ni/nio纳米颗粒，平均粒径30nm。如图2所示。
(2)称取步骤(1)制得的ni/nio粉体0.1074g和九水合硫化钠0.3759g(ni/nio与九水合硫化钠的质量比＝1:3.5)，加入去离子水45ml，搅拌15min，再超声分散1.5h，将混合液移至微波仪中反应2.5h；将过滤得到的沉淀物用95％乙醇洗涤4次，在85℃下干燥24h，得到ni/ni3s2粉体，其微观形貌特征为表面粗糙的ni/ni3s2纳米颗粒，平均粒径35nm。所得即为ni/ni3s2纳米抗菌剂。如图3所示。
本发明制备的ni/ni3s2纳米颗粒对大肠杆菌的抑菌圈测试步骤如下：用0.9％的生理盐水把本发明制备的ni/ni3s2抗菌剂样品配制成10mg/ml的悬浊液。量取约15ml灭菌后与融化并冷却至45℃的lb固体培养基于培养皿中,冷却凝固后,吸取0.25ml大肠杆菌菌悬液于培养基上，涂布均匀，安放牛津杯,并迅速移取0.35ml样品悬浊液于牛津杯中。于37℃恒温箱内培养24h，观察样品周围细菌生长情况，用游标卡尺测量抑菌圈。所用仪器均在紫外灯下灭菌20min。
其中lb固体培养基：准确称量10.0克蛋白胨、8.5克琼脂粉、5.0克牛肉浸膏和5.0克氯化钠，溶解在1000ml去离子水中，不断搅拌加热溶解。煮沸5min,调节ph＝7.0～7.2，然后分装于20ml小试管内，每管15ml，在蒸汽消毒器内高温灭菌20min，冷却后置4℃冰箱内冷藏备用。
本发明制备的ni/ni3s2的复合材料的抑菌圈直径为22mm，较大的抑菌圈直径说明本发明制备的ni/ni3s2纳米颗粒对大肠杆菌具有较强的抗菌性质。如图8所示。
为了对比抗菌效果，测得本发明制备的表面光滑的ni/nio纳米颗粒的抑菌圈直径为12mm。说明本发明制备的ni/nio纳米颗粒对大肠杆菌也具有一定的抗菌效果，但抗菌性低于表面粗糙的ni/ni3s2纳米颗粒。如图7所示。
同时，本发明采用奥林巴斯bx51研究型显微镜，观察了相同实验条件下，大肠杆菌在未加入和加入ni/ni3s2抗菌剂前后的生长情况。观察发现，大肠杆菌在未加入抗菌剂之前，生长的形态为均匀的杆状，分布稠密，数量较多；而在加入ni/ni3s2抗菌剂后，大肠杆菌形态变化较大，杆状不够明显，分布稀疏，数量显著减少。观测结果充分表明，本发明制备的表面粗糙的ni/ni3s2纳米颗粒具有较强的抑制大肠杆菌生长的性能，可用作大肠杆菌的优异抗菌剂。通过奥林巴斯bx51研究型显微镜观测的结果与抑菌圈测试结果一致。如图9所示。
本发明制备的ni/ni3s2纳米颗粒，其粗糙的表面，即增大了复合材料的表面积，又增加了与细菌密切接触的机会；金属镍和ni3s2中存在的大量的镍离子和硫离子使其更易于与蛋白质中的氨基酸等物质结合，影响了细菌细胞的复制功能，导致其最终凋亡，故表现出较高的抗菌活性。
实施例2、如实施例1所述方法制备的ni/ni3s2纳米抗菌剂，实验步骤不变，实验步骤(1)中称取的六水合硝酸镍质量0.2908g不变，实验步骤(2)中称取的步骤(1)制得的ni/nio粉体质量0.1074g不变，其他物理量有变化。不同之处是：
步骤(1)中，油酸体积为6ml；硝酸镍和氢氧化钠的摩尔比＝1:2.5；加入去离子水40ml和乙醇6ml；微波仪中反应1h；所得沉淀物用95％乙醇洗涤5次，经85℃下干燥24h后，在450℃马弗炉中焙烧3h，得到ni/nio粉体。其微观形貌为表面光滑，略有团聚的ni/nio纳米颗粒，平均粒径为30～40nm。
步骤(2)中，ni/nio与九水合硫化钠的质量比＝1:3；加入去离子水40ml；超声分散1h；微波仪中反应2h；将过滤得到的沉淀物用95％乙醇洗涤3次，在80℃下干燥24h，得到ni/ni3s2粉体。其微观形貌为表面粗糙，略有团聚的ni/ni3s2纳米颗粒，平均粒径为40～45nm。
本发明制备的ni/ni3s2的复合材料的抑菌圈直径为18mm，说明本发明制备的ni/ni3s2纳米颗粒对大肠杆菌具有较好的抗菌性，其抗菌性优于ni/nio纳米颗粒。
实施例3、如实施例1所述方法制备的ni/ni3s2纳米抗菌剂，实验步骤不变，实验步骤(1)中称取的六水合硝酸镍质量0.2908g不变，实验步骤(2)中称取的步骤(1)制得的ni/nio粉体质量0.1074g不变，其他物理量有变化。不同之处是：
步骤(1)中，油酸体积为8ml；硝酸镍和氢氧化钠的摩尔比＝1:3.5；加入去离子水50ml和乙醇8ml；微波仪中反应2h；所得沉淀物用95％乙醇洗涤7次，经90℃下干燥24h后，在550℃马弗炉中焙烧3h，得到ni/nio粉体。其微观形貌为表面光滑，略有团聚的ni/nio纳米颗粒，平均粒径为35～40nm。
步骤(2)中，ni/nio与九水合硫化钠的质量比＝1:4；加入去离子水50ml；超声分散2h；微波仪中反应3h；将过滤得到的沉淀物用95％乙醇洗涤5次，在85℃下干燥24h，得到ni/ni3s2粉体。其微观形貌为表面粗糙，略有团聚的ni/ni3s2纳米颗粒，平均粒径为35～45nm。
本发明制备的ni/ni3s2的复合材料的抑菌圈直径为20mm，说明本发明制备的ni/ni3s2纳米颗粒对大肠杆菌具有较好的抗菌性，其抗菌性优于ni/nio纳米颗粒。
实施例4、如实施例1所述方法制备的ni/ni3s2纳米抗菌剂，实验步骤不变，实验步骤(1)中称取的六水合硝酸镍质量0.2908g不变，实验步骤(2)中称取的步骤(1)制得的ni/nio粉体质量0.1074g不变，其他物理量有变化。不同之处是：
步骤(1)中，油酸体积为7ml；硝酸镍和氢氧化钠的摩尔比＝1:3；加入去离子水40ml和乙醇7ml；微波仪中反应1h；所得沉淀物用95％乙醇洗涤5次，经80℃下干燥24h后，在550℃马弗炉中焙烧2.5h，得到ni/nio粉体。其微观形貌为表面光滑，略有团聚的ni/nio纳米颗粒，平均粒径为20～30nm。
步骤(2)中，ni/nio与九水合硫化钠的质量比＝1:3；加入去离子水50ml；超声分散1.5h；微波仪中反应2h；将过滤得到的沉淀物用95％乙醇洗涤4次，在80℃下干燥24h，得到ni/ni3s2粉体。其微观形貌为表面粗糙，略有团聚的ni/ni3s2纳米颗粒，平均粒径为25～40nm。
本发明制备的ni/ni3s2的复合材料的抑菌圈直径为21mm，说明本发明制备的ni/ni3s2纳米颗粒对大肠杆菌具有较好的抗菌性，其抗菌性优于ni/nio纳米颗粒。
1.一种ni/ni3s2纳米抗菌剂，其特征在于，所述的抗菌剂为表面粗糙的ni/ni3s2纳米颗粒，平均粒径为30～45nm。
2.根据权利要求1所述的ni/ni3s2纳米抗菌剂，其特征在于，所述的抗菌剂对大肠杆菌的抑菌圈直径为18～22mm。
3.权利要求1所述的ni/ni3s2纳米抗菌剂的制备方法，包括步骤如下：
(1)以油酸为分散剂，加入硝酸镍、氢氧化钠、去离子水和乙醇混合均匀后，微波反应；沉淀物洗涤干燥后，于450～550℃焙烧2～3h，得到ni/nio纳米颗粒；
(2)将ni/nio颗粒加入硫化钠和去离子水混合均匀，微波反应；沉淀物洗涤干燥，即得ni/ni3s2纳米抗菌剂。
4.根据权利要求3所述的ni/ni3s2纳米抗菌剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的油酸体积与硝酸镍的摩尔比为6～8ml：1mmol；硝酸镍与氢氧化钠的摩尔比＝1:2.5～3.5；加入去离子水体积与硝酸镍的摩尔比为40～50ml：1mmol；加入乙醇体积与硝酸镍的摩尔比为6～8ml：1mmol。
5.根据权利要求3所述的ni/ni3s2纳米抗菌剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的微波反应1～2h；优选的，所述的微波反应的功率为500w，反应时间为1.5h。
6.根据权利要求3所述的ni/ni3s2纳米抗菌剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的沉淀物用95％乙醇洗涤5～7次；
优选的，步骤(1)中所述的干燥条件为80～90℃下干燥24h。
7.根据权利要求3所述的ni/ni3s2纳米抗菌剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中ni/nio与硫化钠的质量比＝1:3～4，加入的去离子水体积与ni/nio的质量比为40～50ml：0.1～0.2g。
8.根据权利要求3所述的ni/ni3s2纳米抗菌剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中混合均匀的方式为超声分散，所述的超声分散时间为1～2h。
9.根据权利要求3所述的ni/ni3s2纳米抗菌剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的微波反应2～3h；优选的，所述的微波反应的功率为500w，反应时间为2.5h。
10.根据权利要求3所述的ni/ni3s2纳米抗菌剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的沉淀物用95％乙醇洗涤3～5次；
优选的，步骤(2)中所述的干燥条件为80～90℃下干燥24h。
技术总结