江苏大学Juan Yang课题组--构建Ni-植酸盐和Ti3C2Tx MXene敏化TiO2界面增强808nm近红外光杀菌效果

构建近红外 (NIR) 光响应抗菌材料是一个优先目标，也是一个巨大的挑战。在此，利用光敏剂PANi、等离子体Ti3C2TxMXene和宽带隙半导体TiO2构筑具有双肖特基的三明治结构（PANi/TiO2/MXene），表现出优异的近红外光驱动的杀菌能力，界面PANi/TiO2和MXene/TiO2之间形成的双肖特基异质结为热载流子的分离和转移提供了强大的驱动力以及原位表征证实热电子动力学行为。DFT计算阐明了不断增加的电子浓度不仅有利于O2分子活化进而加速ROS的产生，而且促进等离子体Ti3C2TxMXene释放热量，同步加强光催与光热杀菌能力。在808 nm NIR光照射下，对大肠杆菌达到99.9%的杀菌效果，光热转化效率高达43.3%，远远优于其他光催-光热系统。这项工作为构建近红外驱动的抗菌材料提供了一个全新的思路，实现了光催化疗法和光热疗法的协同作用。

         

Fig 1. a) PANi/TiO2 /MXene (PTM)光催化剂的合成流程示意图；b) 样品的 Zeta 电位；c) PANi、MXene、TiO2、TM 和 PTM 1:2的 X 射线衍射 (XRD)图；d) PTM 1:2 的扫描电子显微镜 (SEM) 图像，对应于蓝色箭头标记的植酸镍仿生复合物 (PANi) 和绿色箭头标记的 TiO2 纳米颗粒；e) PTM 1:2的透射电子显微镜(TEM)和f)高分辨率TEM(HRTEM)；g) 高角度环形暗场扫描透射电子显微镜 (HAADF-STEM) 图像和 h) Ni、Ti、C、O、F 和 P 的相应元素映射。

Fig 2. a) Ti 2p 和 b) P 2p PTM 1:2 的原位X 射线光电子能谱（原位 XPS）光谱，有光和无光（λ> 800，30 分钟）；a) Ti 2p、b) P 2p 和 c) Ni 2p 关于 TiO2、PANi 和 PTM 1:2的高分辨率 X 射线光电子能谱 (XPS) 谱图；d) MXene、TiO2和PANi的紫外光电子能谱(UPS)光谱(hν= 21.22 eV)和TiO2相对于费米能级的价带光谱；e) MXene、TiO2和PANi接触前后的能级图；f) 在近红外光驱动系统下不激发半导体的系统中构建肖特基异质结的潜在优势。

Fig 3. a) PT 1:2、PT 1:1、PTM 1:1、PTM 1:3和PTM 1:2在808 nm 近红外(10 min, 200 ppm, 1.5 W cm^-2 )下的抗菌性能；b) 不同样品在NIR(-)和NIR(+)对应的扩散板结果下的计数统计；c) NIR (−) 和 d) NIR (+) 下合成样品的灭菌效率统计图表。（光源808 nm，1.5W·cm^-2，照射时间10 min，样品浓度200 ppm）；e) PTM 1:2在不同功率密度和照射时间下的抗菌性能；f) 不同 808 nm NIR 驱动灭菌系统的抗菌效率比较。

Fig 4. a) DMPO−O₂ ⁻加合物和 b) DMPO− OH 加合物在空白、MXene、TM、PT 1:1 和 PTM 1:2 上的电子自旋共振 (ESR) 信号在 808 nm 光照下 10 分钟；c) 光电流响应和 d) PANi、MXene、PT 1:1、TM 和 PTM 1:2 在 808 NIR 光下的电化学阻抗谱 (EIS) 奈奎斯特图；e) MXene、TM 和 PTM 1:2 的光致发光 (PL) 光谱；f) 808 NIR光下不同样品热图像对应的光热加热曲线（时间间隔为1 min）。g) PTM 1:2 的热曲线（暴露于 808 nm NIR 光下 0-10 分钟；避光 11-20 分钟）。h) 冷却时间与τ S呈线性关系按零件冷却时间计算为PTM 1:2；i) 808 nm近红外驱动灭菌不同研究的光热转换效率比较。请注意，光热测试中使用的材料浓度为 200 ppm，功率密度为 1.5 W cm^-2。

Fig 5. a) 吸附的O2和插入电子的O-O键长、Ti的键长和来自O2的相邻O和插入电子之间的统计直方图。b) O2吸附能、吸附O2获得的电荷和插入电子之间的关系。c) 吸附在TiO2 (101)上的O2在0到0.9 e −不同插入电子下的微分电荷密度等值线，等值面值为0.003 e/bohr³的黄色和青色等值线分别表示增加和减少的电荷密度。蓝色和红色球分别标记 Ti 和 O 原子。d) PTM 在近红外光 (808 nm) 照射下的杀菌机制。

相关研究工作由江苏大学Juan Yang课题组于2023年在线发表于《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。