開發(fā)有效的水凈化系統(tǒng)對于控制和修復(fù)環(huán)境污染至關(guān)重要，尤其是在殺菌方面。在此，作者展示了精心設(shè)計(jì)的由二維（2D）Ti3C2 MXene 納米片核心和連續(xù) ZIF-8 超薄外層組成的三明治結(jié)構(gòu)復(fù)合納米片及其在光催化殺菌中的潛在應(yīng)用。研究結(jié)果表明，保形 ZIF-8-MXene 納米片擴(kuò)大了光吸收范圍（826 nm），提高了光熱轉(zhuǎn)換效率（6.2 ℃ s
-1）和光電流響應(yīng)，從而在 90 min內(nèi)提高了模擬陽光下對大腸桿菌的光催化殺菌效率（6.63 log
10CFU mL
-1）。有趣的是，二維 ZIF-8 層具有正 Zeta 電位（19 mV）、良好的親水性（40.6
?）和局部光生空穴積累，具有高效的細(xì)菌捕獲效率。用優(yōu)化的復(fù)合納米片制作的膜過濾器在模擬陽光下進(jìn)行流動(dòng)光催化實(shí)驗(yàn) 30 min內(nèi)，對大腸桿菌的捕菌和殺菌效率非常高（幾乎達(dá)到 100%）。這項(xiàng)工作不僅提出了連續(xù)超薄ZIF-8層錨定到二維導(dǎo)電材料上的合理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，還為金屬有機(jī)框架在飲用水光催化消毒中的應(yīng)用開辟了新途徑。
Fig 1. (a) Ti3C2 MXene、ZIF-8/MXene/ZIF-8、ZIF-8/MXene/ZIF-800 和模擬 ZIF-8 的 PXRD 圖樣。(b) ZIF-8/MXene/ZIF-8-300 的 TEM 圖像。(c) ZIF-8/MXene/ZIF-8-300 的原子力顯微鏡圖像和相應(yīng)的高度剖面。(d) 基于 ZIF-8/MXene/ZIF-8-300 的 TEM 結(jié)果的核心 Ti3C2 MXene 和整個(gè) ZIF-8/MXene/ZIF-8-300 厚度的統(tǒng)計(jì)分布。(e) ZIF-8/MXene/ZIF- 8-300 的暗場 STEM 和相應(yīng)的元素圖譜圖像。
Fig 2. ZIF-8/MXene/ZIF-8 和隨溫度變化的 ZIF-8/MXene/ZIF-8-X 的 SEM（上）和 TEM（下）圖像。
Fig 3. (a) Ti3C2 MXene、Ti3C2 MXene-300 和 ZIF-8/MXene/ZIF-8-300 的鈦 2p 高分辨率 XPS 光譜。(b) ZIF-8、ZIF-8-300 和 ZIF-8/MXene/ZIF-8-300 的 Zn 2p 高分辨率 XPS 光譜。(c) Ti3C2 MXene、Ti3C2 MXene-300、ZIF-8-300 和 ZIF-8/MXene/ZIF-8-300 的 O 1s 高分辨率 XPS 光譜。(d) Ti3C2 MXene、Ti3C2 MXene-300、ZIF-8-300 和 ZIF-8/MXene/ZIF-8-300 的 O Kedge XAS 光譜。(e-f）Zn 箔、ZIF-8、ZIF-8-300、ZIF-8/MXene/ZIF-8 和 ZIF-8/MXene/ZIF-8 的 Zn K 邊 XANES（e）和 EXAFS 傅立葉變換光譜（f）。(g) ZIF-8、ZIF-8-300、ZIF-8/MXene/ZIF-8 和 ZIF-8/ MXene/ZIF-8-300 的優(yōu)化局部結(jié)構(gòu)。
Fig 4. (a) 相同制備的樣品在模擬太陽光照射和黑暗條件下的消毒性能比較。(b) 在模擬太陽光照射下 90 分鐘，制備的樣品對大腸桿菌的光催化滅活效率。誤差條通過重復(fù)測量三次計(jì)算得出。
Fig 5. (a-b）ZIF-8、ZIF-8-300、ZIF-8/MXene/ZIF-8 和 ZIF-8/MXene/ZIF-8-300 的紫外可見 DRS 光譜（a）和陶氏圖（b）。(c) ZIF-8 和 ZIF-8-300 的莫特-肖特基圖。(d) ZIF-8/MXene/ZIF-8 和 ZIF-8/MXene/ZIF-8-300 的帶狀結(jié)構(gòu)。(e) ZIF-8/MXene/ZIF-8 和 ZIF-8/MXene/ZIF-8-300 上可能的 ROS 形成過程示意圖。(f) 在模擬陽光照射 60 分鐘后，ZIF-8/MXene/ZIF-8 和 ZIF-8/MXene/ZIF-8-300 的
1O
2 的 EPR 光譜。 (g) 在有和沒有模擬陽光照射的情況下，ZIF-8/MXene/ZIF-800 的 ⋅O
2- 的 EPR 光譜。(h) ZIF-8/MXene/ZIF-8-300 與清除劑的光催化消毒性能。誤差條通過重復(fù)測量三次計(jì)算得出。
Fig 6. (a) ZIF-8 和 ZIF-8/MXene/ZIF-8-300 的瞬態(tài)光電流響應(yīng)。(b) 在 0.5 M Na2SO4（pH≈7）溶液中模擬陽光照射下測量的 EIS 光譜的奈奎斯特圖。
Fig 7. 模擬太陽光照射下 ZIF-8、Ti3C2 MXene、ZIF-8/MXene/ZIF-8 和 ZIF-8/MXene/ZIF-8-300 的熱圖像（a）和光熱加熱曲線（b）。
Fig 8. (a) ZIF-8/MXene/ZIF-8-300 樣品的接觸角。(b) 大腸桿菌和制備樣品的 Zeta 電位。(c) ZIF-8/MXene/ZIF-8-300 樣品在模擬陽光照射下的抗菌機(jī)理示意圖。(d-e）在模擬陽光照射下，加入 AgNO3 溶液（20 μL 0.3 M）前后，ZIF-8/MXene/ZIF-8（d）和 ZIF-8/MXene/ZIF-800（e）電極在 0.5 M Na2SO4 水溶液中的瞬態(tài)光電流響應(yīng)。(f) ZIF-8、ZIF-8-300、ZIF-8/MXene/ZIF-8 和 ZIF-8/MXene/ZIF-8-300 的 PL 發(fā)射光譜（激發(fā)波長為 532 nm）。
Fig 9. (a) 用于飲用水消毒的流動(dòng)光催化系統(tǒng)示意圖。(b) ZIF-8/MXene/ZIF- 8-300 薄膜在模擬循環(huán)光催化系統(tǒng)中連續(xù)三個(gè)周期的飲用水消毒性能。(c-d) ZIF-8/MXene/ZIF-8-300 薄膜在飲用水消毒實(shí)驗(yàn)之前（c）和之后（d）的掃描電鏡圖像（插圖：ZIF-8/MXene/ZIF-8-300 薄膜的相應(yīng)光學(xué)照片）。(e) 在模擬陽光照射和黑暗條件下，ZIF-8/MXene/ZIF-8-300 薄膜上的大腸桿菌殘留量。(f) ZIF-8/MXene/ZIF-8-300 薄膜在不同溫度（0 ℃ 和 40℃）下經(jīng)模擬陽光照射 60 分鐘后的飲用水消毒性能。誤差條通過重復(fù)測量三次計(jì)算得出。
相關(guān)研究工作由浙江工業(yè)大學(xué)Rui Li和Wang Zhang 課題組于2024年共同發(fā)表在《Water Research》期刊上，andwich-structured continuous ZIF-8/Ti3C2 MXene/ZIF-8 for efficient sterilization: Enhanced photocatalytic activity, photothermal effect, and environmental safety，原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.watres.2024.121888
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
