【儀表網 研發快訊】海洋船舶、海上平臺、水下設施等重大裝備長期面臨生物污損這一世界性難題，傳統毒劑型防污技術雖短期內有效，卻存在生態破壞和藥物耐受等隱患。隨著全球環保法規趨嚴和新型海洋裝備的快速發展，開發兼具高效防污性能與環境兼容性的創新材料成為重要發展趨勢。基于二維材料(g-C?N?、WSe?和Ti?C?T?等)與共價有機框架(COFs)的光催化體系雖展現出環境凈化潛力，但受限于光譜響應范圍窄、載流子復合率高等問題，現有技術需依賴高濃度光催化劑與強光輻照條件。
中國科學院寧波材料技術與工程研究所研究團隊提出S型/肖特基異質結協同增效策略，通過精準構建COF納米管/二維納米片復合結構，突破光能轉化效率與光譜響應范圍的限制，實現：①全譜響應異質結構建：采用原位生長技術，在g-C?N?、WSe?、Ti?C?T?等二維材料表面構筑COF納米管，形成獨特的多維異質結構，該設計使光吸收范圍擴展至200-2500 nm(覆蓋紫外-可見-近紅外全波段)，并通過界面電場調控實現光生載流子的定向遷移，活性氧生成量達到單組分的1.9-270倍；②高效光催化殺菌性能：在弱可見光(15 mW/cm²)和超低濃度(2 µg/mL)工況下，COF-x的殺菌效率從純納米片的34.13%~41.68%提升至99.86%以上，20 µg/mL濃度時6 h內即可實現完全滅菌，經紫外輻照、酸堿腐蝕(pH 4-10)及長期水浸等測試，材料仍保持95%以上抗菌活性；③環境友好作用機制：通過光催化產生的•O??、•OOH等活性氧物種靶向破壞微生物膜結構，全程無需化學添加劑介入，避免了二次污染，符合生態友好要求。
該研究通過光催化劑的結構創新實現了對光的全譜吸收與高效轉化，能有效抑制水體中細菌增殖，為水生環境中的生物污損防治提供了新思路。相關成果以“COF Nanotubes/2D Nanosheets Heterojunction for Superior Photocatalytic Bactericidal Activity Even at Low Concentration and Weak Light”為題發表于Journal of Hazardous Materials, 492, (2025), 138111(DOI: 10.1016/j.jhazmat.2025.138111)。寧波材料所碩士研究生吳賽君為論文第一作者，嚴明龍助理研究員與趙文杰研究員為共同通訊作者。相關研究得到國家自然科學基金(52103133、52105230)、國家杰出青年科學基金(52425501)、浙江省重點研發計劃(2023C03013、2022C01183)、寧波市科技創新2025重大項目(2020Z053)等的支持。
圖1 COF管/2D納米片異質結光催化劑的設計思路與防污機制
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