林志群/谢燕楠等Nano Letters：热电性质和光催化协同作用，提升光催化消毒效果！

第一作者: Baoying Dai

通讯作者：谢燕楠，林志群, Heng Dong

通讯单位:南京邮电大学，南京大学，新加坡国立大学

论文速览：

本研究针对光催化消毒的实际应用中存在的光生载流子分离和转移效率低的问题，提出了一种通过热光电效应结合热电性质和光催化过程的有效方法来提高光催化消毒性能。

研究发现，温度波动引起的热电场促进了光激发载流子的分离和转移，从而有助于活性氧物种的生成，并最终显著提高了光催化消毒性能。

研究构建的薄膜在温度波动和光照射下对病原菌的抗菌效率超过95%。此外，研究还证实了热光电效应在提高光催化消毒中的多功能调节作用。

图文导读:

图1: 展示了利用热电光催化复合薄膜P(VDF-TrFE)/g-C₃N₄在光照射和温度波动下增强光催化消毒的示意图。选择了金黄色葡萄球菌(S. aureus)作为代表性的病原菌来评估光催化消毒效率。

图2: 描述了P(VDF-TrFE)/g-C₃N₄复合膜的制备过程、X射线衍射(XRD)图谱、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、紫外-可见吸收光谱、压电响应力显微镜(PFM)和热电势输出研究结果，以及场发射扫描电子显微镜(FESEM)对样品形貌的表征。

图3: 展示了P(VDF-TrFE)/g-C₃N₄复合膜在不同条件下体外抗菌活性的结果，包括在光照射和温度波动(L-T)、恒定温度下的传统光照射(L-NT)以及无光照射的温度波动(NL-T)条件下的S. aureus菌落图像和抑制活性。

图4: 展示了P(VDF-TrFE)/g-C₃N₄样品在不同温度条件下的光电流、光致发光(PL)光谱、瞬态光电压以及活性氧物种(ROS)的表征结果。

图5: 提出了热光电效应调节光催化消毒性能的可能机制，包括在常规光催化反应条件下、温度升高和降低时的光激发载流子和ROS生成行为的示意图，以及P(VDF-TrFE)和g-C₃N₄之间理想界面的带隙图。

总结展望:

本研究通过结合热电性质和光催化过程，利用热光电效应显著提高了光催化消毒效率。研究结果表明，在光照射和温度波动的条件下，所构建的P(VDF-TrFE)/g-C₃N₄复合膜对S. aureus的抗菌效率超过95%，显示出显著的抗菌性能。

此外，通过使用不同的光催化剂(如BiVO₄)，研究进一步证实了热光电效应在提高光催化消毒性能中的多功能调节作用。

这些发现为利用环境中的温度波动来提高光催化消毒效率提供了一种简便有效的方法，对于解决公共卫生问题具有重要的应用潜力。

文献信息:

标题: A Robust Pyro-phototronic Route to Markedly Enhanced Photocatalytic Disinfection

期刊: ACS Nano Letters

DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c05098

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