可在低光照强度下高效进行水消毒的可重复使用光催化薄膜

《Nature Water》：Reusable photocatalytic film for efficient water disinfection under low light intensity

本研究开发了一种自浮光电催化膜，在低自然光（13-18mW/cm2）下40分钟内高效灭活高污染水体中的细菌（>4.3-log），突破传统催化剂无效的局限。该膜利用长寿命有机自由基实现持续消毒，避免催化剂损伤，稳定性达50次以上 reuse，兼具低成本与可持续性优势，适用于资源匮乏地区的水安全。

　　

摘要

获得微生物安全的水仍然是一个紧迫的全球性问题，尤其是在资源匮乏和受灾地区。本研究介绍了一种自浮式光催化薄膜，该薄膜在低自然光照强度（13–18 mW cm^?2）下，能够在10升严重污染的水中40分钟内使细菌失活程度超过4.3个对数单位。而传统的光催化剂（如TiO₂、g-C₃N₄等）在这种条件下几乎无效。这种优异的性能归因于活性氧物种，尤其是以氧为中心的有机自由基——这种活性物种的寿命极长，比典型的活性氧物种长几个数量级。由于它们的持久性，即使在光子输入有限的情况下也能保持消毒效率。此外，以氧为中心的有机自由基不会攻击催化剂，从而确保了薄膜的优异稳定性（可重复使用≥50次），进而实现了成本效益和可持续性。由于能耗低、性能稳健且操作简单，这种光催化薄膜特别适合资源匮乏的地区，并有望在全球水资源安全领域得到实际应用。