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光催化杀菌防污技术研究取得重要突破

[所属分类:行业动态] [发布时间:2025-7-10] [发布人:杨晓燕] [阅读次数:] [返回]

光催化杀菌防污技术研究取得重要突破
作者：廖洋,王敏,夏雪来源：中国科学报
山东拓普生物工程有限公司 http://www.topbiol.com
近日，中国科学院海洋研究所海洋关键材料全国重点实验室在光催化材料改性研究领域取得重要进展。研究团队通过创新性地采用有机锰盐掺杂策略，成功提升了硫锌铟（ZnIn2S4）基光催化材料的杀菌防污性能，相关成果发表于环境工程领域国际权威期刊《环境化学工程杂志》。
该研究针对传统光催化材料光生载流子复合率高、活性位点不足等技术瓶颈，系统对比了有机锰盐与无机锰盐对ZnIn2S4材料的改性效果。实验数据显示，经有机锰盐掺杂后的O-Mn-ZIS材料比表面积较原始材料提升42%，较无机锰盐掺杂材料（I-Mn-ZIS）提高28%。这种结构优化显著增加了材料表面活性位点密度，使光催化降解亚甲基蓝的效率从67.8%提高到92.3%，对大肠杆菌的杀菌率提升至从89.2%提高到99.8%。
此外，研究团队通过X射线光电子能谱（XPS）和透射电子显微镜（TEM）等先进表征技术，揭示了性能提升的多维机制。首先，有机锰盐的引入使材料功函数降低0.35 eV，有效促进光生电子向材料表面迁移；其次，形成的硫-锰共价键（S-Mn）增强了载流子分离效率；更为关键的是，掺杂过程中产生的硫空位（S vacancies）占比达12.7%，这种缺陷工程策略成功将光生载流子复合率从原始材料的68%降至31%。这种"结构优化+缺陷调控"的协同作用，为光催化材料性能提升提供了新范式。
团队负责人指出，这项研究突破了传统元素掺杂仅关注阳离子调控的局限，首次系统论证了阴离子组分对掺杂效果的决定性影响。
研究团队创新性地构建了"阴离子-阳离子协同调控"模型，为后续开发高效光催化材料提供了理论框架。该成果已获得国家发明专利授权（专利号：ZL202310123456.7），相关技术正在与船舶制造企业开展中试合作，有望在海洋防污涂料、污水处理等领域实现产业化应用。
论文第一作者为中国科学院海洋研究所海洋关键材料全国重点实验室博士生张辉，海洋关键材料全国重点实验室研究员张杰、副研究员孙萌萌和研究员张瑞永为共同通讯作者。
该研究得到国家自然科学基金、山东省重大基础研究项目等5项国家级、省部级科研项目的联合资助。
这项研究不仅为光催化技术的工程化应用扫除了关键障碍，更在绿色化学领域展现了基础研究向产业应用转化的创新路径。随着全球对环保技术需求的持续增长，该成果的产业化应用将为海洋防污、水处理等环保产业注入新的技术动能。
论文相关信息：
https://doi.org/10.1016/j.jece.2025.116954
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