●纳米粉末TiO2被欧盟列为致癌分类第2类（由于纳米尺寸引起的细胞毒性），食品的使用和生产受到限制，例如法国禁止食品加工领域使用。鉴于目前对二氧化钛的依赖及其市场规模，二氧化钛替代材料的开发是一个重要的社会问题。

●与水（或 OH 基团）配位的双核铁离子，与作为食品添加剂的红色氧化铁（不吸收UV）不同，能够吸收紫外线并且显示光催化活性，虽然其在酶和蛋白质中广泛存在，但是无法合成它的稳定化合物。本文将双核铁离子镶入多孔二氧化硅的晶体中，成功地稳定了双核铁离子并实现了UV吸光。另外，由于受到二氧化硅的微观结构影响，其不会多核化和形成氧化铁。这样得到的白色UV吸光材料，能够进行防晒，并且展现了匹敌于TiO2的防晒效果。

● 期待这种材料在防晒领域的应用。另外，其还展示了优秀的光催化活性，在空气净化领域的应用也值得期待。

图1.酵素中的双核铁离子（上）和多孔二氧化硅中的双核铁离子（下）

二氧化钛，特别是纳米级颗粒，广泛应用于化妆品、日用品、食品、医药、建材等领域，作为白色颜料、防紫外线材料（散射材料而非吸收材料）、光催化剂等。从 2020 年被欧盟指定为致癌分类第 2 类（由于纳米尺寸引起的细胞毒性）开始，食品的使用和制造在法国受到限制。也有一些研究论文表明,需要进一步调查才能证明其对人类的致癌性（现代社会很多打着环境的口号，宣扬政治的流氓）。然而，考虑到目前对二氧化钛的依赖程度及其市场规模，开发安全可靠的二氧化钛替代材料可以说是一个重要的社会问题。

氧化钛的最有希望的替代品是氧化铁/氢氧化铁，这是地球上最便宜和最具生物相容性的氧化物半导体。但是，氧化铁的能隙（带隙）很窄，主要吸收可见光（一般用作红色等颜料），因此不能用于白色颜料和紫外线吸收剂。相比之下，双核铁离子比氧化铁具有更宽的能隙，因此它们能够吸收紫外线并表现出光催化活性。然而，双核铁离子极不稳定，只有单核铁离子在pH<0的强酸性溶液中是稳定的，如果pH上升一点点，就会进行水解/缩合并立即形成有色团簇的纳米晶体。

这次，物质材料研究所（NIMS）、北海道大学、广岛大学等的研究团队将市售的多孔二氧化硅与单核铁离子[Fe (H 2 O) 6 ] 3 ）混合，成功地获得了一种在吸收紫外线的同时还有光催化作用的粉末（图2左，右）。此外，将该粉末与天然油混合制成糊状，评估其作为防晒霜的性能时，发现其性能和稳定性可与目前的二氧化钛媲美。北海道大学研究小组的结构分析表明，这些功能是由固定在多孔二氧化硅孔隙中的双核铁离子引起的(EXAFS的推测结果，图3)。

图2. 含有双核铁离子的漫反射吸光光谱（左），以及在光催化分解乙酸的活性图（右）

虽然双核铁离子在自然界中无处不在，例如酶和蛋白质（图1），但只有少数情况下可以人工合成（Osadchii et al., ACS Catal . 2018, 8, 5542, etc.） ... 并且存在对产品的安全性和稳定性的担忧，也存在产品着色的问题。

图3. EXAFS 光谱的傅里叶变换结果

这种材料的安全性需要在未来进行详细的研究，但由于所使用的多孔二氧化硅是几微米的颗粒，不容易通过体内的组织，因此预计不会出现像二氧化钛那样的由于纳米尺寸引起的细胞毒性。

由于它不仅可以用作紫外线吸收剂，还可以用作光催化剂，因此我们的目标是取代目前所有氧化钛的应用或开发氧化钛无法处理的应用。

论文链接

doi.org/10.1016/j.mtnano.2022.100227