我國科學家利用氮化碳材料實現高效殺菌凈水
近期，揚州大學、悉尼科技大學和中國科學院過程工程研究所的科學家聯合開發了一種新型的非金屬催化劑，在室外正午太陽光照射下，即可在30分鐘內完成對富菌污染水的凈化，殺菌效率達到99.9999%，符合我國飲用水標準對細菌數量的要求。這篇工作目前已經發表在國際知名期刊《化學》上。
清潔水資源短缺是全世界面臨的棘手問題，科學家通過多種途徑試圖尋求一種高效、節能的光催化材料，以實現有效殺菌凈水。以碳材料為代表的非金屬光催化劑，具有成本低，酸堿耐受力高等眾多優勢，尤其是可以有效避免金屬向水中溶出引發的二次污染，是一類非常有潛力的新型催化劑。但是目前的非金屬光催化劑效率仍然不高，無法與金屬基的催化劑相抗衡。
“我們課題組一直致力于二維碳材料表面電荷位點選擇性的調控。利用這樣的思路，我們設想通過對C3N4納米片邊緣的修飾，以促進電子和空穴的分離。”中國科學院過程工程研究所的王丹研究員提及，“同時，邊緣的修飾也可以提升氧分子在納米材料上的吸附，進而提升具有殺菌活性的含氧物種的產生。”
揚州大學的王赪胤教授接著提到：“與目前已知的光催化活性最高的催化劑相比，我們的材料僅需要十分之一的用量即可達到同樣的效果。并且它的催化活性可與目前催化活性最高的金屬催化劑相媲美。”
同時，該催化劑可以負載在基底上用于殺菌，進而抑制了催化劑向水中的擴散，避免了后續將催化劑與飲用水的分離處理，簡化了凈水流程，節約了凈水成本。此外，科學家們通過將該納米材料涂敷在玻璃或者塑料表面，制備了連續化的高效凈水裝置。含細菌的污水從入口流入設備，即可快速的實現殺菌凈化，從出口獲得飲用水。
“這樣的工作不僅提供了一個簡單、高效、節能的凈水催化劑，從科學問題上也提供了一種碳材料表面電子密度的簡單調控方式。”王丹研究員強調到。
最后，悉尼科技大學的汪國秀教授展望到：“這種對二維氮化碳材料表面選擇性修飾的思路，將有望在催化、電子、靶向治療等諸多領域帶來更加廣闊的應用。”
文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2451929418305722
CHEM,https://doi.org/10.1016/j.chempr.2018.12.009 影響因子IF 14.104，中科院化學類一區期刊。
氮化碳材料殺菌示意圖
