光催化杀菌防污技术研究取得重要突破

近日，中国科学院海洋研究所海洋关键材料国家重点实验室在光催化材料改性研究方面取得了重要进展。研究小组通过创新性地选择有机锰盐混合策略，在环保工程领域国际权威期刊《环境化学工程杂志》上发表了相关成果，提高了硫锌邈(ZnIn2S4)基光催化材料的杀菌防污性能。

海洋研究所提供的有机Mn盐混合ZIS的杀菌性能和性能提升机制分析

针对光生载流子复合率高、活性位点不足等传统光催化材料的技术瓶颈，系统对ZnIn2S4材料有机锰盐和无机锰盐的改性效果进行了对比。测试数据显示，有机锰盐混合后的O-Mn-与原始材料相比，ZIS材料比表面提高42%，与无机锰盐夹杂材料相比。(I-Mn-ZIS)增加28%。该结构调整显著提高了材料表面活性位点的密度，使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，研究小组通过X射线光电子能谱(XPS)以及透射电子显微镜(TEM)等待先进的表征技术，揭示了性能提升的多维机制。第一，引入有机锰盐，使材料功能功能减少0.35 eV，有效地将光生电子转移到材料表面;第二，硫-锰共价键(S-Mn)提高载流子分离效率;更重要的是，在混合过程中产生的硫位(S vacancies)这一缺陷工程策略成功地将光生载流子复合率从原材料的68%降低到31%，占12.7%。这一“结构调整”“缺陷调节”的协同作用，为提高光催化材料性能提供了新的范式。

团队负责人指出，这项研究突破了传统元素夹杂仅关注正离子调节的局限性，第一次系统论证了阳离子成分对夹杂效果的决定性影响。

研究小组创新性地构建了“阳离子-阳离子协同调控”模型，为后续高效光催化材料的开发提供了理论框架。该结果已获中国发明专利授权(专利号: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产业化应用。

论文第一作者是中国科学院海洋研究所海洋关键材料国家重点实验室博士生张辉，国家重点海洋关键材料实验室研究员张杰、副研究员孙萌萌和研究员张瑞永是共同通信作者。

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个国家级、省部级研究项目的联合资助。

这项研究不仅为光催化技术的工程应用扫除了关键障碍，而且在绿色化学领域展示了从基础研究向工业应用转变的创新路径。随着全球环保技术需求的不断增加，这一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能。