电化学可调尺寸微纳米气泡的电解生成及其高效抗菌应用研究

本文推荐一项利用二氧化钛纳米管阵列（TNTAs）电极电解生成尺寸可调的微纳米气泡（MNBs）并应用于高效抗菌的研究。该工作建立了TNTAs孔径与MNBs尺寸间的正相关关系（R2 = 0.965），并揭示小尺寸MNBs可产生更高浓度羟基自由基（•OH），从而实现对大肠杆菌（E. coli）和金黄色葡萄球菌（S. aureus）接近99%的高效灭活，为开发绿色高效的水消毒技术提供了新策略。

　　

Highlight

本研究利用TiO₂纳米管阵列（TNTAs）作为电极，通过电化学方法成功制备出尺寸可调的微纳米气泡（MNBs），并系统探究了其尺寸与抗菌性能的构效关系，为新型水消毒技术的开发提供了重要理论和实验依据。

Characterizations of reaction electrode

为了确定合成样品的晶相和结构特性，我们进行了X射线衍射（XRD）分析。如图1a所示，所制备TNTAs的XRD图谱在2θ = 25.3°、37.8°、48.1°、54.0°、55.1°、62.7°和70.3°处显示出明确定义的衍射峰，分别对应于锐钛矿型TiO₂的（101）、（004）、（200）、（105）、（211）、（204）和（220）晶面，验证了锐钛矿相TNTAs的成功制备。

Conclusion

总之，本研究通过使用TNTAs电解生成尺寸可调的MNBs，成功建立了一条从电极结构到抗菌效果的精确调控链。主要发现是TNTAs孔径与生成的MNBs尺寸之间存在强正相关关系（R² = 0.965），从而能够精确控制气泡尺寸。更重要的是，我们发现MNBs尺寸与杀菌效率之间存在强烈的负相关关系，最小的MNBs对大肠杆菌（E. coli）和金黄色葡萄球菌（S. aureus）实现了接近99%的出色灭活率。机理研究表明，较小的MNBs在破裂时会产生更高浓度的羟基自由基（•OH），这是增强抗菌活性的主要原因。这项工作建立了一个清晰的结构-活性关系：电极孔径决定MNBs尺寸，进而决定•OH的产生和抗菌性能。这些发现为开发高效、环境友好的消毒技术提供了科学依据。