【摘 要】
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随着社会的持续发展,人们越来越追求健康的生活质量。其中微生物污染严重威胁了人们的健康,传统的抗菌方法如化学消毒法等存在能耗高、耐药性、二次污染等局限性;同时亦难以对空气中的细菌有效富集。因此急需开发一种高效、安全且廉价的抗菌技术。光催化和光热技术作为仅利用太阳能的绿色新型抗菌技术可实现技术间的协同,解决单一技术在消毒领域的不足。目前,光催化-光热体系通常是将光催化材料与光热材料进行复合,而具有光催
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随着社会的持续发展,人们越来越追求健康的生活质量。其中微生物污染严重威胁了人们的健康,传统的抗菌方法如化学消毒法等存在能耗高、耐药性、二次污染等局限性;同时亦难以对空气中的细菌有效富集。因此急需开发一种高效、安全且廉价的抗菌技术。光催化和光热技术作为仅利用太阳能的绿色新型抗菌技术可实现技术间的协同,解决单一技术在消毒领域的不足。目前,光催化-光热体系通常是将光催化材料与光热材料进行复合,而具有光催化和光热效应的双功能单一催化剂的研究较少,且其复合体系在气相消毒领域尚未被研究,相关协同机制还不够清晰。基于光催化MOFs的组成可调性,本文成功构筑了具有光催化和光热性能的双功能材料,进一步探究了其双功能协同抗菌机制。更重要的是,将该MOFs材料负载在石墨烯气凝胶上,设计了多维度、性能优异和稳定性高的光催化-光热双功能复合材料,实现对细菌的高效捕获、灭活和矿化的目标,为实际应用提供了实验和理论基础。本论文的主要研究为:（1）基于Cu-TCPP MOFs纳米片光催化-光热协同抗菌性能的研究通过一锅法成功制备了光催化-光热协同的双功能Cu-TCPP MOFs纳米片,其中Cu2+和TCPP分别作为光热和光吸收中心。对材料合成进行了优化,研究了多种合成条件对样品的光催化和光热性能的影响,结果表明当MOFs材料具有规则的形貌时能够提供更优异的光吸收和光热转换能力,更高的电子分离和转移效率,进一步提高了对细菌的灭活和矿化作用。这项工作在构筑双功能单金属MOFs应用于环境水消毒领域提供了新的研究思路。（2）基于3D Cu-TCPP@GA光催化-光热协同体系的气相抗菌性能研究通过水热法成功制备了石墨烯气凝胶（GA）和Cu-TCPP MOFs@石墨烯气凝胶（G@M-X）复合材料,研究了其在空气消毒领域的应用潜力。在该体系中,GA作为主要光热剂提供热量,其三维网络结构可以快速捕集细菌;MOFs作为节点阻碍石墨烯的团聚,其作为光催化剂也提升了气凝胶的光吸收,增强了GA的光热转换效率,提高了GA的长期稳定性;MOFs的光热效应同样可以提高气凝胶传热和储热能力,进一步增强对细菌的热破坏作用。同时石墨烯具有的光热效应、高电子迁移率和多维电子传输途径可以进一步促进复合材料载流子的快速分离和转移,加速细菌的死亡和矿化。这项工作提出的Cu-TCPP MOFs@石墨烯气凝胶复合材料在空气微生物污染长期处理方面具有较大的应用潜力。
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