近日，工程技術(shù)領(lǐng)域權(quán)威期刊Chemical Engineering Journal（IF=13.273）在線發(fā)表了我校工學(xué)院曹崇江教授團(tuán)隊(duì)的最新研究成果“Encapsulation of colloidal semiconductor quantum dots into metal-organic frameworks for enhanced antibacterial activity through interfacial electron transfer”。2018級(jí)碩士研究生王夢軍和2019級(jí)博士研究生年琳玉為本文的共同第一作者，曹崇江教授為本文的唯一通訊作者，中國藥科大學(xué)為本文唯一通訊單位。

細(xì)菌污染對食品、醫(yī)藥、環(huán)境等領(lǐng)域構(gòu)成巨大威脅并受到廣泛關(guān)注。光催化消毒因其能耗低、抗菌效率高、不產(chǎn)生耐藥性和致癌副產(chǎn)物等優(yōu)點(diǎn)，有望取代傳統(tǒng)的化學(xué)和物理消毒方法。量子點(diǎn)（QDs）作為0維（0D）納米級(jí)半導(dǎo)體材料，由于其尺寸小(1～10 nm)、吸收帶譜寬、帶隙可調(diào)等優(yōu)勢引起了光催化消毒領(lǐng)域的極大興趣。然而，量子點(diǎn)的一些固有缺陷阻礙了其進(jìn)一步的實(shí)際應(yīng)用，特別是它們?nèi)菀拙奂?、表面缺陷使它們穩(wěn)定性較差，以及高光致發(fā)光導(dǎo)致光生載流子的快速重組。將半導(dǎo)體QDs與金屬有機(jī)框架（MOFs）材料結(jié)合是提高其光催化性能的理想方法。盡管QDs@MOFs復(fù)合材料在催化方面取得了成功，但其主要的缺點(diǎn)是由于在QDs@MOFs復(fù)合材料的合成中添加了聚乙烯吡咯烷酮（PVP）等表面活性劑，導(dǎo)致QDs和MOFs界面處的相互作用不明確，這阻礙了QDs@MOFs復(fù)合材料構(gòu)效關(guān)系的闡明。

該團(tuán)隊(duì)通過一種簡單的配位輔助自組裝的策略，在不使用PVP等表面活性劑的情況下，將GSH修飾的無鎘Zn-Ag-In-S（ZAIS）QDs封裝到金屬有機(jī)框架（ZIF-8）基體中。結(jié)果表明，ZAIS QDs和ZIF-8的結(jié)合顯著增強(qiáng)了光催化抗菌性能，增強(qiáng)的抗菌性能可以歸因于：ZIF-8提供了豐富的活性位點(diǎn)，并且促進(jìn)了氧氣的吸附；ZIF-8提高了ZAIS QDs的分散性和穩(wěn)定性；ZAIS QDs和ZIF-8之間Zn-S鍵的形成促進(jìn)了界面間電子轉(zhuǎn)移，從而促進(jìn)了ROS的產(chǎn)生。而且還發(fā)現(xiàn)，QDs@ZIF-8的抗菌機(jī)理是通過產(chǎn)生ROS破壞細(xì)菌的細(xì)胞膜、降解細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)的DNA和蛋白質(zhì)以及氧化細(xì)菌細(xì)胞中的GSH來實(shí)現(xiàn)的。其中，1O2、·O2-和光生e-是發(fā)揮抗菌作用的關(guān)鍵物質(zhì)。此外，QDs@ZIF-8納米復(fù)合材料還表現(xiàn)出高穩(wěn)定性和低細(xì)胞毒性。因此，該策略為開發(fā)用于安全、高效光催化消毒的QDs和MOFs基復(fù)合材料提供新思路和見解。

該研究工作獲得“十三五”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目和江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新資金課題的資助。

QDs@ZIF-8納米復(fù)合材料的制備及其在可見光照射下的電荷分離和抑菌機(jī)理示意圖

文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.130832

（供稿單位：工學(xué)院，撰寫人：王夢軍，審稿人：吳旻玥）