近日，我校環(huán)境學(xué)院曲蛟教授團(tuán)隊(duì)在光催化水消毒領(lǐng)域取得重要研究新進(jìn)展。相關(guān)研究成果以“2D/2D phosphorene/BiOI S-scheme heterojunction for subminute photocatalytic water disinfection under real sunlight”為題，發(fā)表在國(guó)際知名期刊Nature Communications上。
當(dāng)前，一些低收入乃至中等收入國(guó)家中仍有超過(guò)8億人口無(wú)法獲得基本飲用水服務(wù)，在這些國(guó)家，水傳播微生物與多達(dá)80%的疾病有關(guān)，僅腹瀉類(lèi)疾病每年就導(dǎo)致超過(guò)48萬(wàn)例死亡。太陽(yáng)能消毒（SODIS）作為一種終端用水消毒策略，為上述地區(qū)數(shù)百萬(wàn)居民提供服務(wù)。然而，SODIS耗時(shí)較長(zhǎng)（通常需6-48小時(shí)光照），主要原因在于其對(duì)紫外光子（約占太陽(yáng)能的4%）的高度依賴(lài)，為此，亟需進(jìn)一步利用可見(jiàn)光光子（約占太陽(yáng)能的50%）的額外能量來(lái)提升反應(yīng)動(dòng)力學(xué)效率。
基于此，研究團(tuán)隊(duì)以磷烯納米片（PNs）和BiOI納米片（BS）為模型材料，構(gòu)建了一種異質(zhì)結(jié)光催化劑。研究表明，通過(guò)同時(shí)調(diào)控異質(zhì)結(jié)組分間的界面相互作用與能帶匹配關(guān)系，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光生載流子動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)限制的雙重優(yōu)化，從而顯著提升可見(jiàn)光能量在細(xì)菌光催化滅活過(guò)程中的利用率。該異質(zhì)結(jié)展現(xiàn)了亞分鐘級(jí)的水消毒性能，在真實(shí)太陽(yáng)光下，45秒內(nèi)即可滅活7個(gè)數(shù)量級(jí)的大腸桿菌，其一級(jí)消毒速率約為商用P25 TiO2的221倍。該研究為面向終端使用的高效光催化劑設(shè)計(jì)提供了新的見(jiàn)解。
圖.(a) Bi-L3邊的同步輻射X-射線(xiàn)吸收近邊結(jié)構(gòu)光譜結(jié)果；(b) PNs/BS體系差分電荷密度圖;(c) PNs及(d) BS功函數(shù)計(jì)算結(jié)果;(e) 0.0PNs/BS及(f) 0.8PNs/BS瞬態(tài)吸收光譜對(duì)應(yīng)的動(dòng)力學(xué)衰減曲線(xiàn);(g) PNs/BS異質(zhì)結(jié)的可見(jiàn)光滅菌活性;(h) 0.8PNs/BS及P25二氧化鈦的真實(shí)太陽(yáng)光滅菌活性.
該成果的第一作者為我校環(huán)境學(xué)院何東陽(yáng)副教授，曲蛟教授、張亞南教授為論文共同通訊作者，東北師范大學(xué)為唯一通訊單位。
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