经过掺杂改性的铁磁纳米粒子增强了压电子协同催化效应，从而实现了快速杀菌治疗

《Journal of Nanobiotechnology》：Doping‐engineered ferromagnetic nanoparticles-boosted piezotronic synergetic catalysis mediated rapid bactericidal therapies

　　

摘要

压电催化过程作为一种有效的抗菌处理方法，相较于光催化具有更高的降解效率和更强的组织渗透能力；然而，这种催化剂需要具有非中心对称结构，且目前以铅基材料为主，这带来了一些挑战。因此，开发无铅且高效压电催化剂以有效杀菌变得至关重要。在本文中，我们提出了一种掺杂工程设计方法，通过向尖晶石相锌锡酸盐（Zn₂SnO₄, ZTO）基体中引入铁这种硬铁磁元素来实现压电效应并提高活性氧化物种（ROS）的产率。值得注意的是，当铁的掺杂浓度为5%时，ZnSnO₄在室温下会从顺磁态转变为铁磁态，同时由于铁离子与氧空位的相互作用，其固有极化性能显著增强。Fe_5.0@ZTO样品在压电和压电电子学条件下对罗丹明B（RhB）的降解效率分别达到了96.55%和98.12%。更重要的是，该样品表现出优异的抗菌性能，在压电和压电电子学条件下对大肠杆菌（E. coli）的杀菌率分别达到了91.8%和100%，对金黄色葡萄球菌（S. aureus）的杀菌率分别达到了78.37%和95.76%。此外，这些纳米颗粒的细胞相容性也得到了验证。这项工作有望为基于中心对称材料的压电催化剂设计提供新的思路，从而推动其在医疗和环境应用领域的进一步发展。