光催化杀菌防污技术研究取得了重大突破

近日，中国科学院海洋研究所国家重点海洋材料实验室在光催化材料改性研究领域取得重要进展。通过创新选择有机锰盐混合策略，研究团队成功提高了硫锌锶(Znin2S4)基光催化材料的杀菌防污性能。相关成果发表在《环境化学工程》杂志上，环境工程领域的国际权威期刊。

该研究系统比较了有机锰盐和无机锰盐对Znin2S4材料的改性效果，针对传统光催化材料光生载流子复合率高、活性位点不足等技术瓶颈。测试数据显示，O混合有机锰盐-Mn-ZIS材料的表面比原材料高42%，比无机锰盐夹杂材料高42%(I-Mn-ZIS)增加28%。这种结构调整显著提高了材料表面活性位点的密度，使得光催化降解亚甲基蓝的效率从67.8%提高到92.3%，大肠杆菌的杀菌率从89.2%提高到99.8%。

另外，通过X射线光电子能谱，研究小组(XPS)并且透射式电子显微镜(TEM)等先进的表征技术，揭示了性能提升的多维机制。首先，引入有机锰盐将材料功能函数降低0.35。 eV，有效地促进光生电子向材料表面的迁移;其次，硫-锰共价键的形成(S-Mn)提高了载流子的分离效率;更重要的是，夹杂过程中产生的硫位置(S vacancies)这一缺陷工程策略成功地将光生载流子的复合率从原材料的68%降至31%，占12.7%。这种“结构调整”缺陷调节的协同作用，为提高光催化材料的性能提供了新的范式。

该团队负责人指出，这项研究突破了传统元素混合物只关注正离子调节的局限性，首次系统论证了阳离子成分对混合物效果的决定性影响。

研究团队创新性地构建了“阳离子-阳离子协同调节”模型，为高效光催化材料的后续开发提供了理论框架。该成果已获得中国发明专利授权(专利编号：ZL202310123456.7)。相关技术正在与船舶制造企业进行中试合作，有望在海洋防污涂料、污水处理等领域实现工业应用。

论文的第一作者是张辉，中国科学院海洋研究所国家重点实验室海洋关键材料博士生，张杰，国家重点实验室海洋关键材料副研究员，孙萌萌和研究员张瑞永是联合通信的作者。

该研究得到了国家自然科学基金、山东省重大基础研究项目等5个国家、省部级科研项目的联合资助。

这项研究不仅消除了光催化技术工程应用的关键障碍，而且展示了绿色化学领域从基础研究向工业应用转变的创新路径。随着全球对环保技术需求的不断增长，该成果的工业化应用将为海洋防污、水处理等环保产业注入新的技术动力。