寧波材料所在COF/二維材料基綠色高效光催化防污方面取得進(jìn)展

　　【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】海洋船舶、海上平臺(tái)、水下設(shè)施等重大裝備長(zhǎng)期面臨生物污損這一世界性難題，傳統(tǒng)毒劑型防污技術(shù)雖短期內(nèi)有效，卻存在生態(tài)破壞和藥物耐受等隱患。隨著全球環(huán)保法規(guī)趨嚴(yán)和新型海洋裝備的快速發(fā)展，開發(fā)兼具高效防污性能與環(huán)境兼容性的創(chuàng)新材料成為重要發(fā)展趨勢(shì)。基于二維材料(g-C?N?、WSe?和Ti?C?T?等)與共價(jià)有機(jī)框架(COFs)的光催化體系雖展現(xiàn)出環(huán)境凈化潛力，但受限于光譜響應(yīng)范圍窄、載流子復(fù)合率高等問題，現(xiàn)有技術(shù)需依賴高濃度光催化劑與強(qiáng)光輻照條件。
 

　　中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所研究團(tuán)隊(duì)提出S型/肖特基異質(zhì)結(jié)協(xié)同增效策略，通過精準(zhǔn)構(gòu)建COF納米管/二維納米片復(fù)合結(jié)構(gòu)，突破光能轉(zhuǎn)化效率與光譜響應(yīng)范圍的限制，實(shí)現(xiàn)：①全譜響應(yīng)異質(zhì)結(jié)構(gòu)建：采用原位生長(zhǎng)技術(shù)，在g-C?N?、WSe?、Ti?C?T?等二維材料表面構(gòu)筑COF納米管，形成獨(dú)特的多維異質(zhì)結(jié)構(gòu)，該設(shè)計(jì)使光吸收范圍擴(kuò)展至200-2500 nm(覆蓋紫外-可見-近紅外全波段)，并通過界面電場(chǎng)調(diào)控實(shí)現(xiàn)光生載流子的定向遷移，活性氧生成量達(dá)到單組分的1.9-270倍；②高效光催化殺菌性能：在弱可見光(15 mW/cm²)和超低濃度(2 µg/mL)工況下，COF-x的殺菌效率從純納米片的34.13%~41.68%提升至99.86%以上，20 µg/mL濃度時(shí)6 h內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)完全滅菌，經(jīng)紫外輻照、酸堿腐蝕(pH 4-10)及長(zhǎng)期水浸等測(cè)試，材料仍保持95%以上抗菌活性；③環(huán)境友好作用機(jī)制：通過光催化產(chǎn)生的•O??、•OOH等活性氧物種靶向破壞微生物膜結(jié)構(gòu)，全程無(wú)需化學(xué)添加劑介入，避免了二次污染，符合生態(tài)友好要求。
 

　　該研究通過光催化劑的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)了對(duì)光的全譜吸收與高效轉(zhuǎn)化，能有效抑制水體中細(xì)菌增殖，為水生環(huán)境中的生物污損防治提供了新思路。相關(guān)成果以“COF Nanotubes/2D Nanosheets Heterojunction for Superior Photocatalytic Bactericidal Activity Even at Low Concentration and Weak Light”為題發(fā)表于Journal of Hazardous Materials, 492, (2025), 138111(DOI: 10.1016/j.jhazmat.2025.138111)。寧波材料所碩士研究生吳賽君為論文第一作者，嚴(yán)明龍助理研究員與趙文杰研究員為共同通訊作者。相關(guān)研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金(52103133、52105230)、國(guó)家杰出青年科學(xué)基金(52425501)、浙江省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2023C03013、2022C01183)、寧波市科技創(chuàng)新2025重大項(xiàng)目(2020Z053)等的支持。
 

圖1 COF管/2D納米片異質(zhì)結(jié)光催化劑的設(shè)計(jì)思路與防污機(jī)制