構建近紅外 (NIR) 光響應抗菌材料是一個優先目標，也是一個巨大的挑戰。在此，利用光敏劑PANi、等離子體Ti3C2TxMXene和寬帶隙半導體TiO2構筑具有雙肖特基的三明治結構（PANi/TiO2/MXene），表現出優異的近紅外光驅動的殺菌能力，界面PANi/TiO2和MXene/TiO2之間形成的雙肖特基異質結為熱載流子的分離和轉移提供了強大的驅動力以及原位表征證實熱電子動力學行為。DFT計算闡明了不斷增加的電子濃度不僅有利于O2分子活化進而加速ROS的產生，而且促進等離子體Ti3C2TxMXene釋放熱量，同步加強光催與光熱殺菌能力。在808 nm NIR光照射下，對大腸桿菌達到99.9%的殺菌效果，光熱轉化效率高達43.3%，遠遠優于其他光催-光熱系統。這項工作為構建近紅外驅動的抗菌材料提供了一個全新的思路，實現了光催化療法和光熱療法的協同作用。
Fig 1. a) PANi/TiO2 /MXene (PTM)光催化劑的合成流程示意圖；b) 樣品的 Zeta 電位；c) PANi、MXene、TiO2、TM 和 PTM 1:2的 X 射線衍射 (XRD)圖；d) PTM 1:2 的掃描電子顯微鏡 (SEM) 圖像，對應于藍色箭頭標記的植酸鎳仿生復合物 (PANi) 和綠色箭頭標記的 TiO2 納米顆粒；e) PTM 1:2的透射電子顯微鏡(TEM)和f)高分辨率TEM(HRTEM)；g) 高角度環形暗場掃描透射電子顯微鏡 (HAADF-STEM) 圖像和 h) Ni、Ti、C、O、F 和 P 的相應元素映射。
Fig 2. a) Ti 2p 和 b) P 2p PTM 1:2 的原位X 射線光電子能譜（原位 XPS）光譜，有光和無光（λ> 800，30 分鐘）；a) Ti 2p、b) P 2p 和 c) Ni 2p 關于 TiO2、PANi 和 PTM 1:2的高分辨率 X 射線光電子能譜 (XPS) 譜圖；d) MXene、TiO2和PANi的紫外光電子能譜(UPS)光譜(hν= 21.22 eV)和TiO2相對于費米能級的價帶光譜；e) MXene、TiO2和PANi接觸前后的能級圖；f) 在近紅外光驅動系統下不激發半導體的系統中構建肖特基異質結的潛在優勢。
Fig 3. a) PT 1:2、PT 1:1、PTM 1:1、PTM 1:3和PTM 1:2在808 nm 近紅外(10 min, 200 ppm, 1.5 W cm
-2 )下的抗菌性能；b) 不同樣品在NIR(-)和NIR(+)對應的擴散板結果下的計數統計；c) NIR (−) 和 d) NIR (+) 下合成樣品的滅菌效率統計圖表。（光源808 nm，1.5W·cm
-2，照射時間10 min，樣品濃度200 ppm）；e) PTM 1:2在不同功率密度和照射時間下的抗菌性能；f) 不同 808 nm NIR 驅動滅菌系統的抗菌效率比較。
Fig 4. a) DMPO−O
2 −加合物和 b) DMPO− OH 加合物在空白、MXene、TM、PT 1:1 和 PTM 1:2 上的電子自旋共振 (ESR) 信號在 808 nm 光照下 10 分鐘；c) 光電流響應和 d) PANi、MXene、PT 1:1、TM 和 PTM 1:2 在 808 NIR 光下的電化學阻抗譜 (EIS) 奈奎斯特圖；e) MXene、TM 和 PTM 1:2 的光致發光 (PL) 光譜；f) 808 NIR光下不同樣品熱圖像對應的光熱加熱曲線（時間間隔為1 min）。g) PTM 1:2 的熱曲線（暴露于 808 nm NIR 光下 0-10 分鐘；避光 11-20 分鐘）。h) 冷卻時間與τ S呈線性關系按零件冷卻時間計算為PTM 1:2；i) 808 nm近紅外驅動滅菌不同研究的光熱轉換效率比較。請注意，光熱測試中使用的材料濃度為 200 ppm，功率密度為 1.5 W cm
-2。
Fig 5. a) 吸附的O2和插入電子的O-O鍵長、Ti的鍵長和來自O2的相鄰O和插入電子之間的統計直方圖。b) O2吸附能、吸附O2獲得的電荷和插入電子之間的關系。c) 吸附在TiO2 (101)上的O2在0到0.9 e −不同插入電子下的微分電荷密度等值線，等值面值為0.003 e/bohr
3的黃色和青色等值線分別表示增加和減少的電荷密度。藍色和紅色球分別標記 Ti 和 O 原子。d) PTM 在近紅外光 (808 nm) 照射下的殺菌機制。
相關研究工作由江蘇大學Juan Yang課題組于2023年在線發表于《Applied Catalysis B: Environmental》期刊上，原文：Interfacial engineering of Ni-phytate and Ti3C2Tx MXene-sensitized TiO2 toward enhanced sterilization efficacy under 808 nm NIR light irradiation。
轉自《石墨烯研究》公眾號
