開發有效的水凈化系統對于控制和修復環境污染至關重要，尤其是在殺菌方面。在此，作者展示了精心設計的由二維（2D）Ti3C2 MXene 納米片核心和連續 ZIF-8 超薄外層組成的三明治結構復合納米片及其在光催化殺菌中的潛在應用。研究結果表明，保形 ZIF-8-MXene 納米片擴大了光吸收范圍（826 nm），提高了光熱轉換效率（6.2 ℃ s
-1）和光電流響應，從而在 90 min內提高了模擬陽光下對大腸桿菌的光催化殺菌效率（6.63 log
10CFU mL
-1）。有趣的是，二維 ZIF-8 層具有正 Zeta 電位（19 mV）、良好的親水性（40.6
?）和局部光生空穴積累，具有高效的細菌捕獲效率。用優化的復合納米片制作的膜過濾器在模擬陽光下進行流動光催化實驗 30 min內，對大腸桿菌的捕菌和殺菌效率非常高（幾乎達到 100%）。這項工作不僅提出了連續超薄ZIF-8層錨定到二維導電材料上的合理結構設計，還為金屬有機框架在飲用水光催化消毒中的應用開辟了新途徑。
Fig 1. (a) Ti3C2 MXene、ZIF-8/MXene/ZIF-8、ZIF-8/MXene/ZIF-800 和模擬 ZIF-8 的 PXRD 圖樣。(b) ZIF-8/MXene/ZIF-8-300 的 TEM 圖像。(c) ZIF-8/MXene/ZIF-8-300 的原子力顯微鏡圖像和相應的高度剖面。(d) 基于 ZIF-8/MXene/ZIF-8-300 的 TEM 結果的核心 Ti3C2 MXene 和整個 ZIF-8/MXene/ZIF-8-300 厚度的統計分布。(e) ZIF-8/MXene/ZIF- 8-300 的暗場 STEM 和相應的元素圖譜圖像。
Fig 2. ZIF-8/MXene/ZIF-8 和隨溫度變化的 ZIF-8/MXene/ZIF-8-X 的 SEM（上）和 TEM（下）圖像。
Fig 3. (a) Ti3C2 MXene、Ti3C2 MXene-300 和 ZIF-8/MXene/ZIF-8-300 的鈦 2p 高分辨率 XPS 光譜。(b) ZIF-8、ZIF-8-300 和 ZIF-8/MXene/ZIF-8-300 的 Zn 2p 高分辨率 XPS 光譜。(c) Ti3C2 MXene、Ti3C2 MXene-300、ZIF-8-300 和 ZIF-8/MXene/ZIF-8-300 的 O 1s 高分辨率 XPS 光譜。(d) Ti3C2 MXene、Ti3C2 MXene-300、ZIF-8-300 和 ZIF-8/MXene/ZIF-8-300 的 O Kedge XAS 光譜。(e-f）Zn 箔、ZIF-8、ZIF-8-300、ZIF-8/MXene/ZIF-8 和 ZIF-8/MXene/ZIF-8 的 Zn K 邊 XANES（e）和 EXAFS 傅立葉變換光譜（f）。(g) ZIF-8、ZIF-8-300、ZIF-8/MXene/ZIF-8 和 ZIF-8/ MXene/ZIF-8-300 的優化局部結構。
Fig 4. (a) 相同制備的樣品在模擬太陽光照射和黑暗條件下的消毒性能比較。(b) 在模擬太陽光照射下 90 分鐘，制備的樣品對大腸桿菌的光催化滅活效率。誤差條通過重復測量三次計算得出。
Fig 5. (a-b）ZIF-8、ZIF-8-300、ZIF-8/MXene/ZIF-8 和 ZIF-8/MXene/ZIF-8-300 的紫外可見 DRS 光譜（a）和陶氏圖（b）。(c) ZIF-8 和 ZIF-8-300 的莫特-肖特基圖。(d) ZIF-8/MXene/ZIF-8 和 ZIF-8/MXene/ZIF-8-300 的帶狀結構。(e) ZIF-8/MXene/ZIF-8 和 ZIF-8/MXene/ZIF-8-300 上可能的 ROS 形成過程示意圖。(f) 在模擬陽光照射 60 分鐘后，ZIF-8/MXene/ZIF-8 和 ZIF-8/MXene/ZIF-8-300 的
1O
2 的 EPR 光譜。 (g) 在有和沒有模擬陽光照射的情況下，ZIF-8/MXene/ZIF-800 的 ⋅O
2- 的 EPR 光譜。(h) ZIF-8/MXene/ZIF-8-300 與清除劑的光催化消毒性能。誤差條通過重復測量三次計算得出。
Fig 6. (a) ZIF-8 和 ZIF-8/MXene/ZIF-8-300 的瞬態光電流響應。(b) 在 0.5 M Na2SO4（pH≈7）溶液中模擬陽光照射下測量的 EIS 光譜的奈奎斯特圖。
Fig 7. 模擬太陽光照射下 ZIF-8、Ti3C2 MXene、ZIF-8/MXene/ZIF-8 和 ZIF-8/MXene/ZIF-8-300 的熱圖像（a）和光熱加熱曲線（b）。
Fig 8. (a) ZIF-8/MXene/ZIF-8-300 樣品的接觸角。(b) 大腸桿菌和制備樣品的 Zeta 電位。(c) ZIF-8/MXene/ZIF-8-300 樣品在模擬陽光照射下的抗菌機理示意圖。(d-e）在模擬陽光照射下，加入 AgNO3 溶液（20 μL 0.3 M）前后，ZIF-8/MXene/ZIF-8（d）和 ZIF-8/MXene/ZIF-800（e）電極在 0.5 M Na2SO4 水溶液中的瞬態光電流響應。(f) ZIF-8、ZIF-8-300、ZIF-8/MXene/ZIF-8 和 ZIF-8/MXene/ZIF-8-300 的 PL 發射光譜（激發波長為 532 nm）。
Fig 9. (a) 用于飲用水消毒的流動光催化系統示意圖。(b) ZIF-8/MXene/ZIF- 8-300 薄膜在模擬循環光催化系統中連續三個周期的飲用水消毒性能。(c-d) ZIF-8/MXene/ZIF-8-300 薄膜在飲用水消毒實驗之前（c）和之后（d）的掃描電鏡圖像（插圖：ZIF-8/MXene/ZIF-8-300 薄膜的相應光學照片）。(e) 在模擬陽光照射和黑暗條件下，ZIF-8/MXene/ZIF-8-300 薄膜上的大腸桿菌殘留量。(f) ZIF-8/MXene/ZIF-8-300 薄膜在不同溫度（0 ℃ 和 40℃）下經模擬陽光照射 60 分鐘后的飲用水消毒性能。誤差條通過重復測量三次計算得出。
相關研究工作由浙江工業大學Rui Li和Wang Zhang 課題組于2024年共同發表在《Water Research》期刊上，andwich-structured continuous ZIF-8/Ti3C2 MXene/ZIF-8 for efficient sterilization: Enhanced photocatalytic activity, photothermal effect, and environmental safety，原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.watres.2024.121888
轉自《石墨烯研究》公眾號
