【仪表网 研发快讯】海洋船舶、海上平台、水下设施等重大装备长期面临生物污损这一世界性难题，传统毒剂型防污技术虽短期内有效，却存在生态破坏和药物耐受等隐患。随着全球环保法规趋严和新型海洋装备的快速发展，开发兼具高效防污性能与环境兼容性的创新材料成为重要发展趋势。基于二维材料(g-C₃N₄、WSe₂和Ti₃C₂Tₓ等)与共价有机框架(COFs)的光催化体系虽展现出环境净化潜力，但受限于光谱响应范围窄、载流子复合率高等问题，现有技术需依赖高浓度光催化剂与强光辐照条件。
中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究团队提出S型/肖特基异质结协同增效策略，通过精准构建COF纳米管/二维纳米片复合结构，突破光能转化效率与光谱响应范围的限制，实现：①全谱响应异质结构建：采用原位生长技术，在g-C₃N₄、WSe₂、Ti₃C₂Tₓ等二维材料表面构筑COF纳米管，形成独特的多维异质结构，该设计使光吸收范围扩展至200-2500 nm(覆盖紫外-可见-近红外全波段)，并通过界面电场调控实现光生载流子的定向迁移，活性氧生成量达到单组分的1.9-270倍；②高效光催化杀菌性能：在弱可见光(15 mW/cm²)和超低浓度(2 µg/mL)工况下，COF-x的杀菌效率从纯纳米片的34.13%~41.68%提升至99.86%以上，20 µg/mL浓度时6 h内即可实现完全灭菌，经紫外辐照、酸碱腐蚀(pH 4-10)及长期水浸等测试，材料仍保持95%以上抗菌活性；③环境友好作用机制：通过光催化产生的•O₂⁻、•OOH等活性氧物种靶向破坏微生物膜结构，全程无需化学添加剂介入，避免了二次污染，符合生态友好要求。
该研究通过光催化剂的结构创新实现了对光的全谱吸收与高效转化，能有效抑制水体中细菌增殖，为水生环境中的生物污损防治提供了新思路。相关成果以“COF Nanotubes/2D Nanosheets Heterojunction for Superior Photocatalytic Bactericidal Activity Even at Low Concentration and Weak Light”为题发表于Journal of Hazardous Materials, 492, (2025), 138111(DOI: 10.1016/j.jhazmat.2025.138111)。宁波材料所硕士研究生吴赛君为论文第一作者，严明龙助理研究员与赵文杰研究员为共同通讯作者。相关研究得到国家自然科学基金(52103133、52105230)、国家杰出青年科学基金(52425501)、浙江省重点研发计划(2023C03013、2022C01183)、宁波市科技创新2025重大项目(2020Z053)等的支持。
图1 COF管/2D纳米片异质结光催化剂的设计思路与防污机制
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