《Nature》子刊：自带杀菌功能的空调吹吹风就能杀菌

《Nature》子刊：自带杀菌功能的空调吹吹风就能杀菌

中国风能技术官网,国内外风能利用技术,风能利用技术试卷　　活性氧（Reactive Oxygen Species，ROS）是一类含有氧原子的物质，也包括自由基，常见的有超氧阴离子（O2-）、过氧化氢（H2O2）、羟基自由基（OH-）、臭氧（O3）和单线）等，由于这类物质中含有不成对电子，因而具有很高的反应活性，在有机污染物降解、癌症治疗和消毒灭菌等领域有广泛应用。

　　中国风能技术官网,国内外风能利用技术,风能利用技术试卷在这么多种ROS中，H2O2的稳定性最好，它不仅可以用来进行有机合成、当做漂白剂和燃料使用，作为一种高效的消毒剂，它已经使用了200多年了。

　　最初，H2O2是通过蒽醌法生产的，但是这个过程存在反应步骤复杂，产物和副产物难分离等缺点。最近，人们开发出了光催化和压电催化合成H2O2的方法，通过光照射或者机械振动的外部刺激，光催化剂和压电催化剂中的电子-空穴对可以促进表面电化学反应，从而生成H2O2。

　　然鹅，相比于蒽醌法，这两种方法虽然更高效、环保，但是在有些场合却无法应用，比如处理废水时，废水不高的透光率会将光催化剂的量子效率限制在10％以下，阴天的时候这种催化剂的效果也大打折扣。压电催化法的应用就更加受限了，自然界中很难找到合适的机械振动来刺激这些催化剂产生H2O2。

　　虽然自然界中很难找到机械振动，光催化有时候也不灵光，但是温差却是处处都在的，所以如果能用温差作为外部刺激，也就是热催化剂（热电材料）来合成H2O2，这种技术的应用范围会更加广阔，而且还能全天候、不间断的生产H2O2，岂不是很香。

　　基于以上分析，立清华大学Zong-Hong Lin团队选择了三种Seebeck系数高的热电材料Bi2Te3、Sb2Te3和PbTe，研究了它们产生H2O2的效率，发现Bi2Te3的催化效率最高，将Bi2Te3的尺寸降低到纳米后，其热催化效率进一步提高了20倍。他们将Bi2Te3纳米片涂覆在碳纤维织物上，做成了Bi2Te3 @ CFF室内热催化过滤器。发现Bi2Te3 @ CFF表现出持久的抗菌活性，而且抗菌性能超过95%。将它放置在空调中，并设置温度为17℃时，这种织物的抗菌性能可以保持一个月以上。这种热电材料有望作为一种全天候、长效抗菌材料广泛应用。

　　为了证实想法的可行性，研究者从市面上买了三种块状热电材料Bi2Te3、Sb2Te3和PbTe，发现在20 K的温差下都可以生成H2O2，而且生成的H2O2量与Seebeck系数以及热电材料的尺寸密切相关。由于Sb2Te3和PbTe的Seebeck系数比Bi2Te3小得多，所以Bi2Te3产生H2O2的效率最高，当温差增加到40 K时，块状Bi2Te3产生H2O2的效率达到最大的0.34 μM/mg。

　　研究者直接将Bi2Te3用于杀菌实验，发现温差越高，产生的H2O2越多，杀菌性能越好。

　　在证实了Bi2Te3确实可以产生H2O2后，研究者就合成了一些六角形Bi2Te3纳米片，厚度约为50 nm。在30 K的温差刺激下，5 mg的Bi2Te3纳米片可以产生高达30μM的H2O2，效率远高于块状Bi2Te3，而且正负温差下效率都非常高，这是由于Bi2Te3纳米片的Seebeck系数高达497μV/K所致。

　　为了方便Bi2Te3纳米片的日常使用，研究者将其涂覆在碳纤维织物上，做成了一种抗菌过滤器Bi2Te3 @ CFF。为了让这个过滤器更加接地气，研究者用风扇和吹风机来制造温差，当给过滤器吹风扇时，过滤器前侧的温度下降到了约25℃，细菌存活率在45%左右；当给过滤器吹热风时，前侧温度会升高到约45℃，细菌存活率下降到28%，说明热风效果更好。

　　为了进一步测试Bi2Te3 @ CFF的杀菌效果，研究者将其做成了一个更大面积的杀菌织物，直接安装在了家用空调中，利用空调内部产生的低温与周围环境形成的温差来激发Bi2Te3纳米片产生H2O2，发现当空调的温度设置为17℃时，连续使用30天后，碳纤维织物表面的Bi2Te3纳米片仍然紧密而均匀的附着在纤维表面上，在30天的时间内，这种织物可以将细菌存活率保持在40%左右，表现出稳定的杀菌活性。

　　为了更方便的产生H2O2，立清华大学Zong-Hong Lin团队以高Seebeck系数的Bi2Te3作为热电催化剂，利用广泛存在的温差作为外部刺激，实现了一种高效、便捷产生H2O2的方法。发现在30 K的温差下，5 mg的Bi2Te3纳米片可以产生30μM的H2O2，比买到的块状Bi2Te3效率高。利用家用风扇和吹风机来制造温差，Bi2Te3 @ CFF织物在吹冷风时，表面的细菌存活率在45%，吹热风时细菌存活率下降到28%。将这种织物安装到空调中，温度设置为17℃时，30天内，这种织物可以将细菌存活率保持在40%左右，表现出不错的抑菌效果。

　　小编认为Zong-Hong Lin团队以温差代替机械振动和光作为外部刺激，是一种更加便捷的H2O2产生方式，利用空调、吹风机这种很接地气的温差制造方法，很适合Bi2Te3的应用推广，比现在空调中应用的光触媒要好得多。