Китайські вчені створили новий фотокаталізатор проти бактерій

Науковці з Інституту океанології Китайської академії наук під керівництвом професора Чжан Цзе досягли значного прогресу у розробці нових фотокаталітичних матеріалів з підвищеною антибактеріальною активністю. Їхнє дослідження, опубліковане у журналі Journal of Materials Chemistry A, представляє інноваційний підхід до створення ефективних антибактеріальних покриттів.

Фотокаталітичні антибактеріальні технології привертають все більшу увагу завдяки своїм екологічно безпечним характеристикам та потенційним застосуванням. Однак активність окремих фотокаталітичних матеріалів часто обмежена через низьку ефективність розділення носіїв заряду. Саме цю проблему вирішували китайські дослідники.

Команда вчених розробила новий метод легування ZnIn2S4 марганцем та сіркою, використовуючи підхід твердофазного розкладання α-MnO2, багатого на кисневі вакансії. Цей інноваційний спосіб дозволяє досягти більш рівномірного розподілу легуючих елементів у кристалічній решітці матеріалу.

Дослідники застосували метод твердофазного розкладання α-MnO2, який характеризується великою кількістю кисневих вакансій, для успішного синтезу матеріалів ZIS, легованих марганцем та сіркою. Результати показують, що цей метод твердофазного розкладання забезпечує повільне вивільнення елементів марганцю, гарантуючи більш рівномірне включення цих елементів у решітку ZIS.

Більше того, ця техніка легування підвищує як активність деградації, так і антибактеріальну активність ZIS більш ефективно, ніж традиційні підходи легування з використанням неорганічних джерел марганцю. Це відкриває нові можливості для створення більш ефективних антибактеріальних матеріалів.

Використовуючи Келвінську скануючу зондову мікроскопію та аналізи теорії функціоналу густини, команда виявила, що легування ZIS методом твердофазного розкладання α-MnO2 призводить до зменшення роботи виходу. Це зменшення допомагає знизити енергетичний бар'єр для міграції фотоелектронів на поверхню матеріалу.

Утворення ковалентних зв'язків між сіркою та марганцем додатково сприяє поверхневій міграції фотоелектронів, тоді як збільшений вміст вакансій сірки перешкоджає рекомбінації фотогенерованих носіїв заряду. Ці процеси працюють синергетично, підвищуючи загальну ефективність фотокаталітичного процесу.

Метод твердофазного легування розкладанням забезпечує повільне вивільнення легуючих елементів, що призводить до більш рівномірного легування. Легований марганцем та сіркою ZIS, вироблений за допомогою цього підходу, включає декілька стратегій для підвищення своєї фотокаталітичної активності.

Дослідження демонструє, як інноваційні підходи до синтезу матеріалів можуть значно покращити їхні функціональні властивості. Розроблений метод може знайти застосування у створенні самоочисних поверхонь, антибактеріальних покриттів для медичного обладнання та систем очищення води.

Китайські вчені підкреслюють, що їхній підхід відкриває нові перспективи для розробки екологічно чистих антибактеріальних технологій. Використання фотокаталітичних матеріалів дозволяє створювати системи, які працюють під дією звичайного освітлення, не потребуючи додаткових хімічних речовин або енергетичних витрат.

Результати дослідження мають важливе значення для розвитку нових підходів у боротьбі з бактеріальними інфекціями та створенні більш ефективних систем дезінфекції. Розроблений метод може стати основою для промислового виробництва покращених фотокаталітичних матеріалів з підвищеною антибактеріальною активністю.