近日，北京理工大学王博教授和马小杰助理教授团队在空气综合净化方面取得新的研究进展，相关成果以《Metal-organic frameworks with photocatalytic bactericidal activity for integrated air cleaning》为题发表在综合类顶级国际期刊《Nature Communications》上。　

空气净化器是针对雾霾天气最常用的空气清新设备。目前市场上的空气净化装置大多数都是依赖具有一定致密性和厚度的纤维网状滤芯，这些过滤器展现出优异的PM的捕获效率，但不能实现对有害微生物的杀灭作用。随着细菌、真菌、病毒等在过滤膜上不断繁殖滋生，过滤器的使用寿命会大大降低，还不可避免地给室内空气带来二次污染。

传统的空气消毒技术，包括化学消毒剂和紫外线照射杀菌，存在能耗较高、细菌易产生耐药性或引发臭氧污染等缺点。非均相光催化因其可以产生活性氧（ROS）来抑制有害微生物生长而成为一种新兴的绿色环保杀菌方法。然而，在高空气流速、PM和VOC等其他污染物共存的情况下，其杀菌效率也是很有限的。因此开发一种既能滤除PM颗粒又能杀菌的绿色环保综合式空气净化材料就显得尤为重要。

该研究团队结合前期的研究工作制备了一系列具有光催化活性的MOFs，筛选了具有超高光催化杀菌活性的ZIF-8，实现对水体中大肠杆菌的高效杀灭，杀菌率大于99.9999%。然后利用热压法设计合成了新型的高效综合空气过滤器(MOFilter)，PM微粒捕获效率能达到98%以上，同时还可以杀灭空气中99.99%的细菌。机理研究发现，ZIF-8在太阳光催化作用下光生电子产生于LMCT，并且可以有效的活化O2形成•O2–和H2O2，其可以使空气中的致病细菌氧化致死。

图1 用于空气综合净化和个人防护的示意图

作者首先对比了一系列具有光催化活性的MOFs，实验结果表明，ZIF-8在模拟太阳光照射2 h之后，其对大肠杆菌的杀灭效率大于99.9999%。通过ICP-MS和光催化杀菌实验验证了ZIF-8优异的杀菌性能主要来自于光催化产生的活性氧自由基，而不是释放的Zn2 的杀菌作用。同时与传统光催化杀菌半导体做了对比，ZIF-8光催化杀菌效果和速率都高于ZnO和TiO2。

图4 MOFilter的表征及空气综合净化性质

为了实现个人防护功能，作者开发了一款基于MOFilter的个人防护用品（MOFilter口罩）。通过喷洒微生物气溶胶模拟真实使用场景，然后分别检测MOFilter口罩三层的细菌存活率，光照30min，MOFilter口罩三层均没有细菌存活。同时和商用的N95口罩做了对比，相同条件下，商用口罩残留大量的活菌。在此实验结果基础之上，作者也将ZIF-8热压在真丝布上，用于加工制备自清洁衣物。这项研究成果在个人防护方面具有极高的应用前景。

王博，1982年生于陕西。北京理工大学前沿交叉科学研究院执行院长，校学术委员会学部委员, 教授。国家万人计划领军人才，国家杰出青年基金获得者，科技部中青年科技创新领军人才。获 “中国化学会青年化学奖”“北京青年五四奖章”。现任国际IZA学会MOF Commission常务理事，环境与可持续发展学会常务理事，中国化学快报、中国化学学报和Scientific Reports 等杂志编委。2004年于北京大学化学与分子工程学院获理学学士学位，2006年于美国密歇根大学获化学材料学硕士学位，2008年于美国加州大学洛杉矶分校获化学材料学博士学位。

王博教授立足新型金属有机框架(MOF)、配位聚合物薄膜材料(MOFilter)，面向重大国家需求，在污染治理、绿色储能、能源气体生产与储存等领域取得了系列科研成果。主持解XX重大研究计划、国家自然科学基金委课题、北京市新材料重大专项、973课题等科研项目。 已在Nature 、 Science 、 JACS 、 Angew. 等学术期刊上发表60余篇论文，论文SCI他引超过8000次，单篇最高他引1800次。已经获批美国专利6项，获批中国发明专利3项。研究成果受到国内外学者的认可和关注，被国际专业期刊多次评述报道。空气滤膜技术已经与相关企业合作，实现规模化生产。

来源 |：北京理工大学新闻网