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近日，我校材料學(xué)院袁勛團(tuán)隊(duì)在自然子刊《Nat. Commun.》上發(fā)表了題為“Simultaneous generation of residue-free reactive oxygen species and bacteria capture for efficient electrochemical water disinfection”的研究論文。面對(duì)日益嚴(yán)峻的全球水資源安全挑戰(zhàn)，該團(tuán)隊(duì)在電化學(xué)水消毒系統(tǒng)方面取得突破進(jìn)展：開發(fā)了一種搭載原子級(jí)精確Ag₂₈納米團(tuán)簇電極的電化學(xué)水消毒技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高效、連續(xù)、無殘留的水體消毒。通過理性設(shè)計(jì)Ag團(tuán)簇基電極材料，可提供1）大量的細(xì)菌電吸附位點(diǎn)，用于智能細(xì)菌富集；2）Ag團(tuán)簇可原位生成局部高濃活性氧（ROS），結(jié)合銀本身的本征抗菌特性實(shí)現(xiàn)雙機(jī)制細(xì)菌滅活；3）基于電化學(xué)水消毒系統(tǒng)的“活死細(xì)菌迭代”（即活細(xì)菌吸附→細(xì)菌滅活→死細(xì)菌脫附）效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的連續(xù)水消毒。實(shí)驗(yàn)表明，該電化學(xué)水消毒系統(tǒng)對(duì)革蘭氏陽性菌、革蘭氏陰性菌及真菌均具有超過99.99%的殺菌率，且經(jīng)過40次循環(huán)使用性能僅下降0.75%，連續(xù)運(yùn)行5小時(shí)以上仍可維持99.90%的抗菌效率。此外，該系統(tǒng)還具有低能耗、高處理通量及高環(huán)境耐受能力等特點(diǎn)。這項(xiàng)研究不僅顯著提升了飲用水消毒技術(shù)的效率與可靠性，還為全球范圍內(nèi)的水質(zhì)安全問題提供了全新的解決思路。

亮點(diǎn)I：首次提出集細(xì)菌捕獲、銀團(tuán)簇本征抗菌/原位產(chǎn)活性氧抗菌雙機(jī)制為一體的電化學(xué)水消毒概念；揭示了電容場(chǎng)下的“活死細(xì)菌迭代”的動(dòng)力學(xué)循環(huán)滅菌機(jī)制（即活細(xì)菌吸附→活細(xì)菌滅活→死細(xì)菌脫附），實(shí)現(xiàn)了連續(xù)細(xì)菌滅活。

亮點(diǎn)II：該工作以原子精確的銀納米團(tuán)簇電極作為模型材料，在分子層級(jí)上明確了ROS的生產(chǎn)調(diào)控機(jī)制；該電化學(xué)水消毒技術(shù)實(shí)現(xiàn)了高殺菌率、無副產(chǎn)物、低能耗、連續(xù)、可靠水體消毒，并可適應(yīng)多種復(fù)雜水體環(huán)境（鹽度、TOC耐受），為后續(xù)電化學(xué)消毒設(shè)備的研發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

我校嶗山學(xué)者劉勇副教授為該論文的第一作者、袁勛教授為共同通訊作者，青島科技大學(xué)為第一通訊單位。該課題得到了國家自然科學(xué)基金、泰山學(xué)者人才工程、山東省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目資助。

文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-53174-9