隨著全球公共衛(wèi)生意識的不斷增強(qiáng)，生物氣溶膠傳播所帶來的健康隱患已成為科研界關(guān)注的熱點(diǎn)話題。傳統(tǒng)生物氣溶膠消毒技術(shù)面臨效率低下、對特定微生物消毒效果有限、易受環(huán)境條件制約以及存在安全隱患等多重挑戰(zhàn)。在公眾對健康、衛(wèi)生及環(huán)境保護(hù)要求日益提升的背景下，開發(fā)高效且環(huán)保的消毒技術(shù)成為了當(dāng)務(wù)之急。

光催化技術(shù)，作為一種前沿的氧化處理技術(shù)，近年來在多個領(lǐng)域展現(xiàn)出迅猛發(fā)展勢頭。然而，在生物氣溶膠消毒領(lǐng)域，該技術(shù)仍具備進(jìn)一步提升的空間。在此背景下，天津大學(xué)環(huán)境學(xué)院王燦教授與南開大學(xué)環(huán)境學(xué)院沈鑄睿教授合作開展的一項(xiàng)研究取得重要成果，為高效環(huán)保的生物氣溶膠消毒技術(shù)帶來新契機(jī)。- 研究通過蝕刻和剝離Ti3AlC2制備出單層Ti3C2Tx，并采用一步溶劑熱法合成 TiO2/單層Ti3C2Tx（T/mT）。Ti3C2Tx表面豐富的官能團(tuán)增強(qiáng)了材料親水性與表面自由能，其與傳統(tǒng)半導(dǎo)體TiO2形成的肖特基異質(zhì)結(jié)產(chǎn)生內(nèi)建電場，延長光生電子壽命，顯著提高光催化反應(yīng)活性。

T/mT的消毒效果顯著優(yōu)于 TiO?。同時，單層Ti3C2Tx促進(jìn)了光催化劑與生物結(jié)構(gòu)結(jié)合。T/mT與大腸桿菌細(xì)胞結(jié)合緊密，改變了顆粒尺寸分布，且對細(xì)胞膜主要成分中蛋白質(zhì)親和力較高。分子對接計算顯示，大腸桿菌細(xì)胞的 2MHL外膜蛋白與T/mT結(jié)合可能性更大，結(jié)合過程涉及多種相互作用，促進(jìn)了材料在細(xì)胞膜上的吸附，利于光催化產(chǎn)生的活性氧物種（ROS）破壞生物結(jié)構(gòu)。

TiO2/單層Ti3C2Tx兩相在電場作用下產(chǎn)生空間電荷層，促使光生電子和空穴有效分離轉(zhuǎn)移，產(chǎn)生的·O2?和·OH推動消毒進(jìn)程。此外，光催化使大腸桿菌生物結(jié)構(gòu)受損，如蛋白質(zhì)、磷脂、多糖等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)化學(xué)鍵被破壞，微生物結(jié)構(gòu)逐漸礦化，相關(guān)化學(xué)鍵結(jié)合能改變，證明了 ROS 對細(xì)胞結(jié)構(gòu)的廣泛破壞作用。

該研究成果不僅為光催化空氣消毒技術(shù)在分子結(jié)構(gòu)設(shè)計方面指明方向，還為深入探究光催化消毒界面反應(yīng)奠定基礎(chǔ)，凸顯了先進(jìn)氧化技術(shù)在生物氣溶膠微生物處理領(lǐng)域的巨大潛力，對推動空氣消毒技術(shù)進(jìn)步意義深遠(yuǎn)。

作者介紹：

王燦教授，男，天津大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師，天津大學(xué)環(huán)境工程系主任。長期從事環(huán)境微生物利用與控制方面的研究。

研究團(tuán)隊(duì)介紹：

天津大學(xué)介氣利用與控制團(tuán)隊(duì)，以環(huán)境微生物為核心，開發(fā)針對環(huán)境污染物的高效生物凈化技術(shù)與針對有害微生物的生物控制技術(shù)。團(tuán)隊(duì)成員科研方向包括：有機(jī)廢氣生物凈化技術(shù)、生物氣溶膠檢測與控制、水和空氣消毒技術(shù)、催化反應(yīng)基礎(chǔ)及在生物控制中的應(yīng)用、污水再生利用技術(shù)(膜法/電化學(xué))，主要涉及環(huán)境、生物、化學(xué)、化工、材料、醫(yī)學(xué)等多方面的基礎(chǔ)與應(yīng)用研究。

研究詳情請見原文：
Accelerating photocatalytic bioaerosol disinfection at catalyst-cell interface via monolayer Ti3C2Tx introduction. Science Bulletin. doi：10.1016/j.scib.2025.01.023

來源: 《中國科學(xué)》雜志社