近日，昆明理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院生物質(zhì)化工團(tuán)隊(duì)與中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所合作，在利用農(nóng)業(yè)廢棄物基纖維素調(diào)控合成高催化活性和高穩(wěn)定性半導(dǎo)體量子點(diǎn)方面取得重要研究進(jìn)展。相關(guān)研究成果以“Augmented Visible-Light-Driven Antibacterial Mechanism of CuxS Quantum Dots Engineered by Gallium and Cationic Cellulose as a Dual-Carrier System”（鎵與陽(yáng)離子纖維素雙載體工程化增強(qiáng)CuxS量子點(diǎn)可見(jiàn)光驅(qū)動(dòng)抗菌機(jī)制）為題發(fā)表在國(guó)際材料科學(xué)TOP期刊《Advanced Functional Materials》上。昆明理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院為論文第一完成單位，學(xué)院材料與化工專業(yè)2022級(jí)碩士研究生董博達(dá)為論文第一作者，高欣副教授、彭林才教授和張恒正高級(jí)實(shí)驗(yàn)師為論文共同通訊作者。

半導(dǎo)體量子點(diǎn)因其可調(diào)帶隙、高界面反應(yīng)活性及高效的電荷轉(zhuǎn)移能力，在光催化抑菌領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。然而，光生載流子的快速?gòu)?fù)合、材料自身的不穩(wěn)定性以及易于聚集等問(wèn)題，嚴(yán)重制約了其催化效率及在環(huán)境治理、能源轉(zhuǎn)化等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

針對(duì)上述挑戰(zhàn)，生物質(zhì)化工團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了基于農(nóng)業(yè)廢棄玉米秸稈的再生陽(yáng)離子纖維素與液態(tài)金屬鎵構(gòu)成的雙載體系統(tǒng)，成功實(shí)現(xiàn)了具有量子限制效應(yīng)、富硫空位和p型肖特基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)態(tài)硫化銅（CuxS）量子點(diǎn)的可控制備，顯著提升了其光催化活性。在可見(jiàn)光照射下，該系統(tǒng)能夠高效產(chǎn)生1O2以及?O2-、?OH、H2O2等多種活性氧物種，有效殺滅大腸桿菌、金黃色葡萄球菌以及耐藥菌。機(jī)制研究表明：光激發(fā)產(chǎn)生的外源性活性氧破壞了微生物細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，造成實(shí)質(zhì)性損傷，引發(fā)過(guò)度氧化應(yīng)激，并導(dǎo)致包括超氧化物歧化酶、過(guò)氧化氫酶和DNA在內(nèi)的細(xì)胞必需成分降解。該研究工作發(fā)展了一種有機(jī)/無(wú)機(jī)雙載體工程化的新策略，用于穩(wěn)定具有可調(diào)能帶結(jié)構(gòu)和高活性位點(diǎn)密度的半導(dǎo)體量子點(diǎn)，為構(gòu)建面向可見(jiàn)光驅(qū)動(dòng)環(huán)境修復(fù)（如殺菌消毒）的高效、可持續(xù)平臺(tái)提供了新思路。

示圖（a）創(chuàng)新點(diǎn)：通過(guò)富含硫空位的CuxS量子點(diǎn)實(shí)現(xiàn)雙載體調(diào)制，揭示了Cu1.75S QDs/Ga/RCC光催化劑增強(qiáng)細(xì)菌滅活的機(jī)制；（b）數(shù)據(jù)亮點(diǎn)：復(fù)合材料對(duì)高濃度大腸桿菌和金黃色葡萄球菌展現(xiàn)出卓越的光催化滅菌性能；（c）亞細(xì)胞滅菌機(jī)制：外源性活性氧通過(guò)干擾生理過(guò)程并降解超氧化物歧化酶、過(guò)氧化氫酶以及DNA，從而誘導(dǎo)細(xì)菌細(xì)胞死亡。

上述研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、云南省基礎(chǔ)研究計(jì)劃項(xiàng)目、云南省“興滇英才支持計(jì)劃”青年人才專項(xiàng)等的資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202426046