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第一作者: Baoying Dai

通訊作者：謝燕楠，林志群, Heng Dong??

通訊單位:南京郵電大學，南京大學，新加坡國立大學

論文速覽：

本研究針對光催化消毒的實際應用中存在的光生載流子分離和轉移效率低的問題，提出了一種通過熱光電效應結合熱電性質和光催化過程的有效方法來提高光催化消毒性能。

研究發(fā)現(xiàn)，溫度波動引起的熱電場促進了光激發(fā)載流子的分離和轉移，從而有助于活性氧物種的生成，并最終顯著提高了光催化消毒性能。

研究構建的薄膜在溫度波動和光照射下對病原菌的抗菌效率超過95%。此外，研究還證實了熱光電效應在提高光催化消毒中的多功能調(diào)節(jié)作用。

圖文導讀:

圖1: 展示了利用熱電光催化復合薄膜P(VDF-TrFE)/g-C₃N₄在光照射和溫度波動下增強光催化消毒的示意圖。選擇了金黃色葡萄球菌(S. aureus)作為代表性的病原菌來評估光催化消毒效率。

圖2: 描述了P(VDF-TrFE)/g-C₃N₄復合膜的制備過程、X射線衍射(XRD)圖譜、傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)、紫外-可見吸收光譜、壓電響應力顯微鏡(PFM)和熱電勢輸出研究結果，以及場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)對樣品形貌的表征。

圖3: 展示了P(VDF-TrFE)/g-C₃N₄復合膜在不同條件下體外抗菌活性的結果，包括在光照射和溫度波動(L-T)、恒定溫度下的傳統(tǒng)光照射(L-NT)以及無光照射的溫度波動(NL-T)條件下的S. aureus菌落圖像和抑制活性。

圖4: 展示了P(VDF-TrFE)/g-C₃N₄樣品在不同溫度條件下的光電流、光致發(fā)光(PL)光譜、瞬態(tài)光電壓以及活性氧物種(ROS)的表征結果。

圖5: 提出了熱光電效應調(diào)節(jié)光催化消毒性能的可能機制，包括在常規(guī)光催化反應條件下、溫度升高和降低時的光激發(fā)載流子和ROS生成行為的示意圖，以及P(VDF-TrFE)和g-C₃N₄之間理想界面的帶隙圖。

總結展望:

本研究通過結合熱電性質和光催化過程，利用熱光電效應顯著提高了光催化消毒效率。研究結果表明，在光照射和溫度波動的條件下，所構建的P(VDF-TrFE)/g-C₃N₄復合膜對S. aureus的抗菌效率超過95%，顯示出顯著的抗菌性能。

此外，通過使用不同的光催化劑(如BiVO₄)，研究進一步證實了熱光電效應在提高光催化消毒性能中的多功能調(diào)節(jié)作用。

這些發(fā)現(xiàn)為利用環(huán)境中的溫度波動來提高光催化消毒效率提供了一種簡便有效的方法，對于解決公共衛(wèi)生問題具有重要的應用潛力。

文獻信息:

標題: A Robust Pyro-phototronic Route to Markedly Enhanced Photocatalytic Disinfection

期刊: ACS Nano Letters

DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c05098

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林志群/謝燕楠等Nano Letters：熱電性質和光催化協(xié)同作用，提升光催化消毒效果！