構(gòu)建近紅外 (NIR) 光響應(yīng)抗菌材料是一個(gè)優(yōu)先目標(biāo)，也是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。在此，利用光敏劑PANi、等離子體Ti3C2TxMXene和寬帶隙半導(dǎo)體TiO2構(gòu)筑具有雙肖特基的三明治結(jié)構(gòu)（PANi/TiO2/MXene），表現(xiàn)出優(yōu)異的近紅外光驅(qū)動(dòng)的殺菌能力，界面PANi/TiO2和MXene/TiO2之間形成的雙肖特基異質(zhì)結(jié)為熱載流子的分離和轉(zhuǎn)移提供了強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)力以及原位表征證實(shí)熱電子動(dòng)力學(xué)行為。DFT計(jì)算闡明了不斷增加的電子濃度不僅有利于O2分子活化進(jìn)而加速ROS的產(chǎn)生，而且促進(jìn)等離子體Ti3C2TxMXene釋放熱量，同步加強(qiáng)光催與光熱殺菌能力。在808 nm NIR光照射下，對(duì)大腸桿菌達(dá)到99.9%的殺菌效果，光熱轉(zhuǎn)化效率高達(dá)43.3%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其他光催-光熱系統(tǒng)。這項(xiàng)工作為構(gòu)建近紅外驅(qū)動(dòng)的抗菌材料提供了一個(gè)全新的思路，實(shí)現(xiàn)了光催化療法和光熱療法的協(xié)同作用。
Fig 1. a) PANi/TiO2 /MXene (PTM)光催化劑的合成流程示意圖；b) 樣品的 Zeta 電位；c) PANi、MXene、TiO2、TM 和 PTM 1:2的 X 射線衍射 (XRD)圖；d) PTM 1:2 的掃描電子顯微鏡 (SEM) 圖像，對(duì)應(yīng)于藍(lán)色箭頭標(biāo)記的植酸鎳仿生復(fù)合物 (PANi) 和綠色箭頭標(biāo)記的 TiO2 納米顆粒；e) PTM 1:2的透射電子顯微鏡(TEM)和f)高分辨率TEM(HRTEM)；g) 高角度環(huán)形暗場(chǎng)掃描透射電子顯微鏡 (HAADF-STEM) 圖像和 h) Ni、Ti、C、O、F 和 P 的相應(yīng)元素映射。
Fig 2. a) Ti 2p 和 b) P 2p PTM 1:2 的原位X 射線光電子能譜（原位 XPS）光譜，有光和無(wú)光（λ> 800，30 分鐘）；a) Ti 2p、b) P 2p 和 c) Ni 2p 關(guān)于 TiO2、PANi 和 PTM 1:2的高分辨率 X 射線光電子能譜 (XPS) 譜圖；d) MXene、TiO2和PANi的紫外光電子能譜(UPS)光譜(hν= 21.22 eV)和TiO2相對(duì)于費(fèi)米能級(jí)的價(jià)帶光譜；e) MXene、TiO2和PANi接觸前后的能級(jí)圖；f) 在近紅外光驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)下不激發(fā)半導(dǎo)體的系統(tǒng)中構(gòu)建肖特基異質(zhì)結(jié)的潛在優(yōu)勢(shì)。
Fig 3. a) PT 1:2、PT 1:1、PTM 1:1、PTM 1:3和PTM 1:2在808 nm 近紅外(10 min, 200 ppm, 1.5 W cm
-2 )下的抗菌性能；b) 不同樣品在NIR(-)和NIR(+)對(duì)應(yīng)的擴(kuò)散板結(jié)果下的計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)；c) NIR (−) 和 d) NIR (+) 下合成樣品的滅菌效率統(tǒng)計(jì)圖表。（光源808 nm，1.5W·cm
-2，照射時(shí)間10 min，樣品濃度200 ppm）；e) PTM 1:2在不同功率密度和照射時(shí)間下的抗菌性能；f) 不同 808 nm NIR 驅(qū)動(dòng)滅菌系統(tǒng)的抗菌效率比較。
Fig 4. a) DMPO−O
2 −加合物和 b) DMPO− OH 加合物在空白、MXene、TM、PT 1:1 和 PTM 1:2 上的電子自旋共振 (ESR) 信號(hào)在 808 nm 光照下 10 分鐘；c) 光電流響應(yīng)和 d) PANi、MXene、PT 1:1、TM 和 PTM 1:2 在 808 NIR 光下的電化學(xué)阻抗譜 (EIS) 奈奎斯特圖；e) MXene、TM 和 PTM 1:2 的光致發(fā)光 (PL) 光譜；f) 808 NIR光下不同樣品熱圖像對(duì)應(yīng)的光熱加熱曲線（時(shí)間間隔為1 min）。g) PTM 1:2 的熱曲線（暴露于 808 nm NIR 光下 0-10 分鐘；避光 11-20 分鐘）。h) 冷卻時(shí)間與τ S呈線性關(guān)系按零件冷卻時(shí)間計(jì)算為PTM 1:2；i) 808 nm近紅外驅(qū)動(dòng)滅菌不同研究的光熱轉(zhuǎn)換效率比較。請(qǐng)注意，光熱測(cè)試中使用的材料濃度為 200 ppm，功率密度為 1.5 W cm
-2。
Fig 5. a) 吸附的O2和插入電子的O-O鍵長(zhǎng)、Ti的鍵長(zhǎng)和來(lái)自O(shè)2的相鄰O和插入電子之間的統(tǒng)計(jì)直方圖。b) O2吸附能、吸附O2獲得的電荷和插入電子之間的關(guān)系。c) 吸附在TiO2 (101)上的O2在0到0.9 e −不同插入電子下的微分電荷密度等值線，等值面值為0.003 e/bohr
3的黃色和青色等值線分別表示增加和減少的電荷密度。藍(lán)色和紅色球分別標(biāo)記 Ti 和 O 原子。d) PTM 在近紅外光 (808 nm) 照射下的殺菌機(jī)制。
相關(guān)研究工作由江蘇大學(xué)Juan Yang課題組于2023年在線發(fā)表于《Applied Catalysis B: Environmental》期刊上，原文：Interfacial engineering of Ni-phytate and Ti3C2Tx MXene-sensitized TiO2 toward enhanced sterilization efficacy under 808 nm NIR light irradiation。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
