硒掺杂NiCo2 O4 纳米酶创新水消毒技术：突破H2 O2 依赖的物理-化学协同杀菌新策略

针对传统纳米酶依赖H2 O2 导致操作风险高、稳定性差的问题，研究人员通过硒掺杂和结构优化，开发出具有海胆状形貌的NiCoSe-4纳米酶。该材料通过物理穿刺与化学氧化（SeOx /Se2? 和OXD-like活性）协同作用，在无H2 O2 条件下对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌杀菌率达96.9%和94.8%，并成功应用于凝胶海绵载体实现100%持续灭菌，为水处理提供安全高效的新方案。

　　

在饮用水安全和废水处理领域，如何高效灭活病原微生物始终是核心挑战。传统氯消毒会产生致癌副产物，紫外线受水质浊度限制，臭氧技术则面临成本高、对某些病原体无效的困境。尽管纳米酶因其类氧化酶（OXD）和过氧化物酶（POD）活性被视为新一代抗菌材料，但绝大多数依赖外源添加H₂
O₂
的特性，不仅增加操作风险，还限制了大规模应用。更棘手的是，仅靠OXD-like活性产生的超氧自由基（·O₂
^?
）难以实现有效杀菌。这一系列瓶颈促使科学家们开始思考：能否通过结构设计与元素掺杂，创造一种不依赖H₂
O₂
且兼具物理破坏与化学氧化双重机制的纳米酶？

来自中国的研究团队在《Journal of Cleaner Production》发表的研究给出了突破性答案。他们受海胆防御性尖刺结构启发，通过水热-煅烧法合成硒（Se）掺杂的NiCo₂
O₄
（NiCoSe）纳米酶，并发现400℃煅烧样品（NiCoSe-4）展现出最优性能。该材料通过独特的缺陷坑状尖刺结构物理穿刺细菌膜，同时利用SeO_x
/Se^2?
和OXD-like活性化学破坏细菌组分，在无H₂
O₂
条件下对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀灭效率分别达96.9%和94.8%，是未掺杂样品的3倍以上。更令人振奋的是，将其负载于明胶海绵（Gel/NiCoSe-4）后，在模拟实际水处理场景中实现2小时100%灭菌率，且在高盐或酸性环境中保持99%效率，5次循环后性能仍不衰减。

关键技术方法
研究采用水热-煅烧两步法合成NiCoSe纳米酶，通过扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）表征形貌变化，X射线光电子能谱（XPS）分析元素价态；采用CCK-8法评估细胞毒性；通过细菌平板计数和荧光染色定量抗菌效果；将纳米酶粉末与明胶海绵复合制备Gel/NiCoSe-4过滤器，模拟动态水处理场景。

研究结果

1. 形貌与结构调控：NiCoSe-4呈现海胆状分级结构，其纳米纤维表面因Se掺杂形成密集缺陷坑，显著提升物理穿刺能力。
2. 双机制协同杀菌：尖刺结构通过膜粘附-穿刺物理破坏细菌完整性，同时Se掺杂促进SeO_x
   /Se^2?
   转化和OXD-like活性，产生活性氧（ROS）化学攻击细菌组分。
3. 实际应用验证：Gel/NiCoSe-4海绵在流动体系中2小时完全灭菌，且金属离子溶出量低于饮用水标准，生物相容性良好。

结论与意义
该研究首次通过Se掺杂实现NiCo₂
O₄
纳米酶结构-性能双优化，打破H₂
O₂
依赖的固有范式。其创新性体现在：① 物理-化学协同机制显著提升杀菌效率；② 明胶海绵载体设计解决纳米材料回收难题；③ 环境稳定性拓宽应用场景。这项成果不仅为水处理提供了一种安全、持久、低成本的新型消毒技术，更开创了通过结构工程增强纳米酶功能的新思路，对推动绿色水处理技术发展具有里程碑意义。