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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展

研發(fā)快訊 2025年05月14日 14:37:32來源:中國科學院寧波材料技術與工程研究所 13226
摘要中國科學院寧波材料技術與工程研究所研究團隊提出S型/肖特基異質結協(xié)同增效策略,通過精準構建COF納米管/二維納米片復合結構,突破光能轉化效率與光譜響應范圍的限制。

  【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】海洋船舶、海上平臺、水下設施等重大裝備長期面臨生物污損這一世界性難題,傳統(tǒng)毒劑型防污技術雖短期內(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?;诙S材料(g-C?N?、WSe?和Ti?C?T?等)與共價有機框架(COFs)的光催化體系雖展現(xiàn)出環(huán)境凈化潛力,但受限于光譜響應范圍窄、載流子復合率高等問題,現(xiàn)有技術需依賴高濃度光催化劑與強光輻照條件。
 
  中國科學院寧波材料技術與工程研究所研究團隊提出S型/肖特基異質結協(xié)同增效策略,通過精準構建COF納米管/二維納米片復合結構,突破光能轉化效率與光譜響應范圍的限制,實現(xiàn):①全譜響應異質結構建:采用原位生長技術,在g-C?N?、WSe?、Ti?C?T?等二維材料表面構筑COF納米管,形成獨特的多維異質結構,該設計使光吸收范圍擴展至200-2500 nm(覆蓋紫外-可見-近紅外全波段),并通過界面電場調(diào)控實現(xiàn)光生載流子的定向遷移,活性氧生成量達到單組分的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6 h內(nèi)即可實現(xiàn)完全滅菌,經(jīng)紫外輻照、酸堿腐蝕(pH 4-10)及長期水浸等測試,材料仍保持95%以上抗菌活性;③環(huán)境友好作用機制: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構,全程無需化學添加劑介入,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構創(chuàng)新實現(xiàn)了對光的全譜吸收與高效轉化,能有效抑制水體中細菌增殖,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,嚴明龍助理研究員與趙文杰研究員為共同通訊作者。相關研究得到國家自然科學基金(52103133、52105230)、國家杰出青年科學基金(52425501)、浙江省重點研發(fā)計劃(2023C03013、2022C01183)、寧波市科技創(chuàng)新2025重大項目(2020Z053)等的支持。
 
圖1 COF管/2D納米片異質結光催化劑的設計思路與防污機制

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