随着全球公共卫生意识的不断增强，生物气溶胶传播所带来的健康隐患已成为科研界关注的热点话题。传统生物气溶胶消毒技术面临效率低下、对特定微生物消毒效果有限、易受环境条件制约以及存在安全隐患等多重挑战。在公众对健康、卫生及环境保护要求日益提升的背景下，开发高效且环保的消毒技术成为了当务之急。
光催化技术，作为一种前沿的氧化处理技术，近年来在多个领域展现出迅猛发展势头。然而，在生物气溶胶消毒领域，该技术仍具备进一步提升的空间。在此背景下，天津大学环境学院王灿教授与南开大学环境学院沈铸睿教授合作开展的一项研究取得重要成果，为高效环保的生物气溶胶消毒技术带来新契机。- 研究通过蚀刻和剥离Ti3AlC2制备出单层Ti3C2Tx，并采用一步溶剂热法合成 TiO2/单层Ti3C2Tx（T/mT）。Ti3C2Tx表面丰富的官能团增强了材料亲水性与表面自由能，其与传统半导体TiO2形成的肖特基异质结产生内建电场，延长光生电子寿命，显著提高光催化反应活性。
T/mT的消毒效果显著优于 TiO₂。同时，单层Ti3C2Tx促进了光催化剂与生物结构结合。T/mT与大肠杆菌细胞结合紧密，改变了颗粒尺寸分布，且对细胞膜主要成分中蛋白质亲和力较高。分子对接计算显示，大肠杆菌细胞的 2MHL外膜蛋白与T/mT结合可能性更大，结合过程涉及多种相互作用，促进了材料在细胞膜上的吸附，利于光催化产生的活性氧物种（ROS）破坏生物结构。
TiO2/单层Ti3C2Tx两相在电场作用下产生空间电荷层，促使光生电子和空穴有效分离转移，产生的·O2⁻和·OH推动消毒进程。此外，光催化使大肠杆菌生物结构受损，如蛋白质、磷脂、多糖等关键结构化学键被破坏，微生物结构逐渐矿化，相关化学键结合能改变，证明了 ROS 对细胞结构的广泛破坏作用。
该研究成果不仅为光催化空气消毒技术在分子结构设计方面指明方向，还为深入探究光催化消毒界面反应奠定基础，凸显了先进氧化技术在生物气溶胶微生物处理领域的巨大潜力，对推动空气消毒技术进步意义深远。
作者介绍：
王灿教授，男，天津大学教授、博士生导师，天津大学环境工程系主任。长期从事环境微生物利用与控制方面的研究。
研究团队介绍：
天津大学介气利用与控制团队，以环境微生物为核心，开发针对环境污染物的高效生物净化技术与针对有害微生物的生物控制技术。团队成员科研方向包括：有机废气生物净化技术、生物气溶胶检测与控制、水和空气消毒技术、催化反应基础及在生物控制中的应用、污水再生利用技术(膜法/电化学)，主要涉及环境、生物、化学、化工、材料、医学等多方面的基础与应用研究。
研究详情请见原文：
Accelerating photocatalytic bioaerosol disinfection at catalyst-cell interface via monolayer Ti3C2Tx introduction. Science Bulletin. doi：10.1016/j.scib.2025.01.023
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