天津大学王灿教授团队开发基于MXene的新型光催化剂实现安全空气消毒—中国教育在线

校园在线 2020-09-02

  新冠疫情的爆发,使人们对空气消毒日益推崇。其中,紫外辐射是一种少见的空气消毒技术。然而,在实际的消毒过程中,微生物往往不存在“复活”现象,从而大大影响了消毒效果。

  近日,天津大学王灿教授团队明确提出了一种基于单层Ti3C2Tx(MXene)和曝露{001}晶面的TiO2的新型光催化剂,提高了光催化活性,获得了更高的消毒效率。该研究对前体MAX互为转印、插层、成像剥层,制备单层Ti3C2Tx纳米片,即MXene;通过水热法并同时调控TiO2晶面,制备光催化剂MXene/{001}TiO2,风干涂覆于聚氨酯(PU)海绵。

  在此基础上,该研究将涂覆TiO2/MXene的PU海绵填满入倒数流光催化反应器,用作动态的空气消毒,找到相比于传统的紫外消毒技术明显提高了对空气微生物的灭活效率。该研究进一步探究了紫外/光催化消毒后的空气微生物在有光(光复活)和无光(暗修复)条件下的复活情况,结果表明,与单独紫外消毒比起,经过光催化灭活的空气微生物基本无暗修复现象,在可见光下细菌浓度甚至呈现出持续下降趋势。进一步对灭活机理的研究发现,紫外线通过作用于细胞DNA分解嘧啶二聚体灭活细菌,该受损可在一定波长的红外线下被修复,细菌复活;而光催化的加入产生了活性氧自由基,对细菌的细胞结构造成了不可逆的损伤,这类损伤难以修复。因此,基于该研究中合成的新型光催化剂,可以超过更高的空气消毒效率,同时实现更彻底的消毒效果。涉及的技术成果可以应用于因新冠疫情病毒感染场所的空气消毒。

图1 光催化剂MXene/{001}TiO2的制备过程

图2 紫外辐射和基于MXene/{001}TiO2的空气消毒原理比较

  该成果于2020年8月23日以 “Photocatalytic inactivation of airborne bacteria in a polyurethane foam reactor loaded with a hybrid of MXene and anatase TiO2 exposing {001} facets”为题在线公开发表在期刊Chemical Engineering Journal(影响因子10.652)上,天津大学硕士生路思艺为第一作者,王灿教授为通讯作者,该研究得到了国家自然科学基金(51678402)、天津市新冠疫情应急专项(20ZXGBSY00100)的资助。

  论文链接:https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.126526

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