苏科大李长明/胡俊蝶Carbon：光催化H2O2的原位生产和活化实现高效杀菌消毒

【文章信息】

光催化H2O2的原位生产和活化实现高效杀菌消毒

第一作者：邵媛媛

通讯作者：胡俊蝶*，李长明*

单位：苏州科技大学，青岛大学

【研究背景】

过氧化氢（H2O2）是一种重要的环境友好型绿色氧化剂，如何实现现场小规模的H2O2生产是目前的研究热点。太阳能驱动原位H2O2生产和活化利用的级联反应是一种可持续发展策略，如原位杀菌、有机污染物降解等。然而，如何提高光催化剂生产和活化H2O2的能力是目前面临的两大挑战。

【文章简介】

基于此， 苏州科技大学李长明教授、胡俊蝶副教授团队 ，在国际知名期刊 Carbon 上发表题为 “Significantly enhanced photocatalytic in-situ H2O2 production and consumptionactivities for efficient sterilization by ZnIn2S4/g-C3N4 heterojunction” 的观点文章。

该课题组设计构筑一种2D/2D硫化铟锌/石墨相氮化碳（ZnIn2S4/g-C3N4）催化剂通过空气中氧气的两电子还原过程（ORR）用于光催化原位生产H2O2，并快速分解产生强氧化性活性氧自由基（ROS）用于高效杀菌，如示意图1所示。该工作为H2O2的高效原位生成和活化提供了一种有效的光催化材料，并提供了一种有前景的光驱动杀菌消毒策略。

【本文要点】

要点一：ZnIn2S4/g-C3N4异质结结构

实验结果表明，通过原位生长方法将ZnIn2S4纳米片均匀地垂直修饰在g-C3N4纳米片表面，成功构筑2D/2D ZnIn2S4/g-C3N4异质结材料。（图1）

要点二：ZnIn2S4/g-C3N4异质结光学性质及光电化学性质表征

ZnIn2S4能够有效增强g-C3N4材料的太阳光响应，此外，ZnIn2S4/g-C3N4异质结可以有效促进光生载流子的分离、传输和迁移效率，抑制光生载流子的重组，有助于提高光生电荷利用率，进而增强光催化活性。（图2-3）

要点三：ZnIn2S4/g-C3N4异质结的光催化性能

光催化性能实验数据表明，一方面，ZnIn2S4有效促进了g-C3N4材料的ORR能力，可见光照射下ZnIn2S4/g-C3N4异质结产生H2O2的效率高达798.11 μmol h-1 g-1；另一方面，ZnIn2S4能够有效促进原位生成H2O2的高效活化分解，产生大量强氧化性ROS自由基，有利于快速杀菌。（图4）

要点四：ZnIn2S4/g-C3N4异质结的光催化杀菌性能

如图5所示，ZnIn2S4/g-C3N4异质结在光催化H2O2原位制备和持续活化的级联反应中表现出优异的杀菌性能，大肠杆菌在25分钟内被完全消灭，金黄色葡萄球菌在光照60分钟后的灭菌率高达98%。（图5）

要点五：反应机理探究

通过DMPO自旋捕获ESR技术检测反应中间体，证实了在光照下ZnIn2S4/g-C3N4异质结具有较强的还原和氧化能力，进而产生更多的强氧化性ROS · O2-和 · OH自由基，这也在杀菌中起重要作用。同时通过LSV实验证明，ZnIn2S4/g-C3N4异质结在光催化制备H2O2过程中的平均电子转移数（n）约为2，表明为2e- ORR还原过程。（图6和示意图2）

【文章链接】

Significantly enhanced photocatalytic in-situ H2O2 production and consumption activities for efficient sterilization by ZnIn2S4/g-C3N4 heterojunction

https:// doi.org/10.1016/j.carbo n.2022.01.019

【通讯作者简介】

胡俊蝶 副教授简介：江苏省“双创博士”，苏州科技大学材料科学与工程学院副教授，2019年博士毕业于苏州大学材料与化学化工学部。研究兴趣为新型纳米复合材料在新能源及环境修复领域的应用，包括光催化技术在分解水制H2/O2、CO2还原、H2O2原位制备、废气/废水治理等方向的研究。迄今以第一/通讯作者在 Angew. Chem. Int. Ed., Appl. Catal. B: Environ., Nano energy, Chem. Eng. J., Small, J. Mater. Chem. A, ACS Appl. Mater. Interfaces 等期刊上发表高质量SCI论文20余篇；总被引800余次；主持/完成科研项目6项；申请/授权国家发明专利13项。

李长明 教授简介：欧洲科学院院士、俄罗斯工程院外籍院士、美国医学与生物工程院院士，现苏州科技大学材料科学与工程学院院长。主要研究兴趣包括功能材料（能源、生物）、清洁能源（锂电池，燃料电池，氢能源，超级电容器，太阳能电池等）、生物传感与芯片。已发表700多篇 SCI 顶尖论文，美国和中国等专利280多项，国际/国内学术大会主题或邀请报告200多次，SCI总引用37,000多次，H因子92。2014年来连续荣获汤森路透全球材料科学精英，科睿唯安全球交叉学科和爱思唯尔全球材料高被引科学家。

【课题组介绍】

详细信息见课题组主页：

http:// clxy.usts.edu.cn/info/1 113/1438.htm

http:// clxy.usts.edu.cn/info/1 112/1042.htm