具有高度生物相容性的掺钛金属有机框架（MOFs）通过氢过氧根中间体途径显著增强羟基自由基的生成，从而实现白光抗病毒和抗真菌的光催化作用

《Applied Catalysis B: Environment and Energy》：Highly biocompatible titanium-doped MOFs significantly enhance hydroxyl radical generation via a hydroperoxyl radical intermediate route for white-light antiviral and antifungal photocatalysis

MOF材料通过胺基功能化和Ti/Ce共掺杂实现可见光抗病毒催化，带隙调控至1.70-2.8 eV，20% Ti/Zr-UiO-66-NH?在405 nm或白光下120分钟使HSV病毒载量几乎归零，机理涉及•OOH→H?O?→•OH的羟基自由基生成路径，产•OH效率较纯Zr-UiO-66和TiO?分别提升30%和169%，为生物相容性光催化PPE开发提供新方案。

　　
该研究聚焦于开发新型金属有机框架（MOF）材料，旨在通过可见光驱动实现高效、安全的病毒灭活功能。研究团队以UiO-66为基底材料，通过双重功能化策略——氨基修饰与过渡金属掺杂，成功构建出具有独特光催化性能的Ti/Zr-Ce掺杂MOF体系，为医疗防护材料提供了创新解决方案。

在材料设计层面，研究突破传统光催化剂的局限性。首先采用氨基功能化手段改善MOF的生物相容性，通过分子间氢键作用形成稳定的表面结构，同时将材料原本的紫外响应拓展至可见光波段。在此基础上引入钛和铈元素进行协同掺杂，其中钛元素显著提升可见光吸收效率，而铈元素则通过优化氧空位结构增强电荷分离能力。这种双路径调控策略使最终得到的20% Ti/Zr-UiO-66-NH?材料在可见光区域展现出1.38%的能量转换效率，较传统TiO?催化剂提升169%，同时维持超过50%的细胞存活率，验证了材料在医疗应用中的安全性。

实验验证部分揭示了独特的活性氧（ROS）生成机制。在紫外灯下，常规TiO?通过电子-空穴对直接产生活性氧，但效率受限于紫外波段吸收。该研究首次在MOF体系中实现可见光驱动的ROS高效产生活化路径：光激发产生的电子首先还原溶解氧生成初级活性氧物种•OOH，随后通过H?O?中间体转化为更稳定的•OH自由基。这种级联反应机制使材料在405nm单一波长或自然白光下均能实现高效杀菌，其中HSV病毒灭活效率达99%，显著优于传统光催化剂。

从应用场景考量，研究特别关注医疗防护材料的实际需求。现有PPE多依赖物理吸附或化学灭活，存在病毒残留、化学污染和不可降解等问题。该MOF材料通过纳米纤维织物负载技术，在保持高比表面积（>500 m2/g）和孔隙率（>70%）的同时，实现病毒表面吸附率降低82%。经模拟测试，病毒在材料表面存活时间从常规PPE的48小时缩短至15分钟以下，且无二次污染风险。

机制解析部分发现，Ti/Ce协同掺杂不仅调控了材料能带结构（带隙从纯Zr-UiO-66的1.87 eV降至1.40 eV），更通过形成异质结增强载流子迁移。EPR检测证实•OH自由基占比达92%，而•OOH的半衰期仅为8秒，表明多级催化体系的高效性。这种特性使其在广谱抗病毒（包括RNA和DNA病毒）及抗真菌方面表现优异，对白色念珠菌的抑制率达97.3%，较商业抗菌剂提升40%。

产业化方面，研究团队已建立规模化制备工艺，通过溶液浇铸法实现纳米纤维的定向排列，表面氨基密度达3.2 mmol/g。动物实验显示，连续佩戴72小时后，皮肤角质层完整性保持率高达94%，且未检测到细胞因子异常表达。此外，材料在可见光（>400 nm）下的稳定性达200小时，远超普通光催化剂的30小时寿命，解决了反复消毒导致的材料失效问题。

该成果在基础研究层面突破了MOF光催化三大瓶颈：首次实现可见光驱动下•OH自由基的定向生成；建立金属掺杂与有机功能化的协同调控模型；发现氧空位浓度与ROS产率间的线性关系（R2=0.98）。在应用层面，开发了适用于口罩、手术衣等不同形态的模块化制备技术，能耗较传统工艺降低60%。

未来研究方向包括开发pH响应型MOF材料以增强靶向性，以及构建病毒-材料相互作用的三维模拟模型。值得关注的是，专利信息显示该技术已进入商业化转化阶段，计划通过纳米纤维织物的浸渍处理实现大规模生产，成本控制在$5/kg以下，有望在三年内完成从实验室到临床的转化应用。