近年来,微生物以及病原菌污染已成为全球关注的重大问题,对人类的健康和安全造成了严重的影响。病原微生物引起的微生物感染或交叉感染在各种环境中都有发生。石墨烯类材料因其独特的物理化学结构在诸多领域都展现出巨大的潜力,并且其与微生物独特的作用方式使其在抗菌领域崭露头角。但是,随着抗菌产品种类与数量的不断增加,微生物的耐药性不断增强,导致人们对于抗菌剂的要求也越来越高。卤胺化合物因其广谱杀菌、稳定、长效、效率高且抗菌功能可再生等优点而备受关注。在此基础上,开发高效、安全、持久的新型复合型抗菌剂以应对日益增长的市场要求势在必行。首先,以氯丙基三乙氧基硅烷和5,5-二甲基海因为原料,制备出了硅氧烷类卤胺聚合物前驱体PSPH,并通过表面接枝改性的方式接枝到氧化石墨烯（GO）表面。采用红外光谱（FT-IR）和X射线光电子能谱（XPS）对产物进行表征,证明卤胺聚合物前驱体PSPH是通过化学改性的方法接枝到GO的表面,根据扫描电子显微镜（SEM）发现改性未对GO的结构造成很大的影响。经过氯化处理后的产物GO-PSPH-Cl具有优良的抗菌性能,能够分别在30 min和10 min内杀死接种量为6.74 log的金黄色葡萄球菌和8.08 log的大肠杆菌。但是,经过表面化学接枝的GO改性产物的分散性能有所下降,不利于材料后续的加工利用。为了获得分散性能良好的抗菌材料,以烯烃类卤胺化合物前驱体（APDMH）为单体,通过原位聚合的方式在氧化石墨烯层间进行聚合,并且其端基会与氧化石墨烯上的含氧基团进行结合,得到烯烃类卤胺化合物改性的氧化石墨烯（GO-PAPDMH）。改性之后的材料分散性有所提升,能够很好地分散在水或N,N-二甲基甲酰胺等极性溶剂当中。同时,氧化石墨烯作为一个很好的载体,在没有细菌或还原性物质存在的情况下,活性氯的水体释放具有明显的缓释效果,并且还拥有非常优异的储存稳定性。经过5个月的储存之后,仍然有高达96%的活性氯被保存下来。对氯化后的材料进行抗菌测试分析,发现对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌起到了很好的杀灭作用,能够在30 min内完全杀死7.20 log的金黄色葡萄球菌和7.06 log的大肠杆菌。原位聚合的方式的确改善了改性氧化石墨烯材料的分散性,但相对于原石墨烯材料还是易于聚集或者甚至重新堆积成石墨结构,从而影响了材料本身超高的比表面积、优异的机械性能等特性。并且,共价改性破坏了石墨烯类材料的sp²杂化结构,从而导致缺陷以及电子特性的损失。采用一种“喷雾-渗透-絮凝”的方法将季铵盐（QAS）负载到氧化石墨烯基材当中。这种方法能够避免高浓度聚阳离子与GO复合时引起的瞬时絮凝以及冷冻干燥后气凝胶的不规则形状。季铵盐通过静电相互作用与氧化石墨烯结合,并引入苯环结构以?-?共轭的方式增强作用力。为了减少静电相互作用对季铵盐抗菌性能的影响,在季铵盐结构当中又引入了卤胺。冷冻干燥后获得的气凝胶（GQA）不仅具有极低的密度（≤18.1 mg/cm³）、超高的孔隙率（92～97%）,并且在其表面以及截面都表现出分级多孔的结构特性,使其具有很好的吸附性能。研究发现GQA对水溶性染料、有机溶剂以及油性物质都具有非常好的吸附能力。并且复合气凝胶GQA具有优异的抗菌性能,能够在5 min内完全杀死初始接种量为6.00 log的金黄色葡萄球菌和6.26 log的大肠杆菌。通过静电相互作用制备出的复合气凝胶在对于染料的吸附方面有很好的应用前景。但是,大部分染料以及有机溶剂都具有高毒性,并且很难被生物降解。因此,在最大限度保留石墨烯类材料本身固有性能的前提下,采用一种新的方式替代之前的共价以及非共价改性,即在石墨烯主体结构中引入杂原子以提高其催化活性。创新性地提出一种低温成环反应（100^oC）。反应之后,石墨烯边缘会生长出吲哚结构,最终得到了N掺杂石墨烯（NG）。采用X射线衍射（XRD）,拉曼光谱（Raman）以及XPS对材料进行了结构表征,测试结果表明氮原子成功被掺杂到石墨烯结构当中,并且是以吡咯氮为主导。对制备出的NG的光催化降解性能进行测试分析,发现在紫外光照射下,NG具有超快并强有力的光催化性能,能够在仅仅10 min就完全降解所有的亚甲基蓝,其中·O₂^-在光催化过程中起着主导作用。所制备出的NG还具有优良的光催化抗菌性能,在120 min的照射时间内,能够杀死100%的金黄色葡萄球菌和99.86%的大肠杆菌。碳量子点也是一种新型的碳纳米材料,因为其独特的光学性质而备受关注。经过含氮化合物表面钝化的碳量子点具有独特的光诱导抗菌性能。采用微波辅助法制备了含有不同尺寸二氧化钛（TiO₂）纳米颗粒的C/TiO₂复合量子点,并且所制备的碳量子点能够很好地分散在去离子水中。对样品进行吸收光谱、荧光光谱以及粒径分析,虽然几种碳量子点的构型不同,却具有极其相似的吸收光谱与荧光光谱,这是因为其光学性质主要是与碳量子点中的纳米碳区域有关。但是,在这些复合量子点中,碳核与TiO₂的相对大小以及构型的不同,会导致抗菌性能存在显著差异。与含有尺寸为8 nm TiO₂的碳量子点相比,含有25 nm TiO₂的碳量子点具有更加优异的抗菌性能;可见光激发的碳区域不仅可以直接作用于细菌,还可以作为TiO₂的敏化剂,从而提高了材料的抗菌性能;纳米碳的引入使得TiO₂的激发区域从紫外区偏移到了可见光区,从而拓宽了TiO₂的应用范围。通过胞内ROS生成、脂质过氧化测试以及细胞荧光图像等表征分析,表明主要是由ROS引起的脂质过氧化导致细菌细胞膜破裂,进而与其中各组分进行反应,最终导致细菌死亡。以GO-PSPH为原料,采用超声辅助浸渍-干燥的方法将其负载到棉织物上,再经过还原处理后制备出具有多重功能的改性棉织物。所制备出的cotton/rGO-PSPH的防紫外线能力最强,UPF值为187,且其疏水性能较好,接触角为130^o。氯化后cotton/rGO-PSPH-Cl的UPF仍可达132,并且疏水性能进一步提高,其接触角为140^o,使得材料获得了良好的自清洁性能。cotton/rGO-PSPH-Cl还具有良好的抗菌性能,能够在1 min内完全杀死数量级为5.07 log的金黄色葡萄球菌;5 min内完全杀死数量级为5.18 log的大肠杆菌。此外,cotton/rGO-PSPH-Cl织物的氯含量与导电性呈负相关;因此,cotton/rGO-PSPH-Cl织物的电信号可以用来监测氯含量,确定重新氯化的时间,以保障其较高的抗菌效能。