光催化反應中活性氧物種產生及抗菌機制研究

王鵬鴿，張 靜，王震宇，趙宇蕾，黃 宇*

1.中國科學院地球環境研究所 黃土與第四紀地質國家重點實驗室，中國科學院氣溶膠化學與物理重點實驗室，西安 710061

2.西安地球環境創新研究院，西安 710061

細菌等有害微生物感染引發的流行性疾病仍是日益嚴重的全球健康問題，結核分枝桿菌、葡萄球菌、沙門氏菌、大腸桿菌和炭疽桿菌等都是世界上最致命的細菌，每年都有數萬人因細菌感染而死亡（Zhou et al.，2021）。加強對公共區域的消毒滅菌對于阻斷細菌、病毒等的傳播具有至關重要的積極意義（唐玫，2016）。目前，傳統的環境消毒殺菌技術多采用含氯試劑、過氧化氫（H2O2）、臭氧（O3）氧化和紫外光照等方法，存在時效短、用量多、本身或副產物危害周邊環境，且易產生抗藥性等問題（李靈靈等，2019）。

光催化微生物滅活技術作為一種廣譜高效、安全穩定、持久耐熱、不易產生耐藥性、殺菌徹底的方法受到廣泛關注（張慧書和劉守新，2009；李靈靈等，2019）。目前，TiO2、ZnO、CuO、GO、g-C3N4、MoS2、BiFeO3、Ag /AgBr、ZnFe2O4等不同類型的光催化材料被廣泛用于微生物殺滅研究（Hou et al.，2012；Li et al.，2012；馬建中等，2014；Parham et al.，2016；李靈靈等，2019；Daub et al.，2020；Mei et al.，2020；Nichols and Chen，2020；Zhao et al.，2020；Su et al.，2021），涉及的微生物包括大腸桿菌、嗜酸乳桿菌、沙雷氏菌屬菌、銅綠假單胞菌、金黃色葡萄球菌、霍亂沙門氏菌、白色念珠菌、脊髓灰質炎病毒等（Wang et al.，2015；Daub et al.，2020）。研究表明，光催化反應中產生的活性氧物種（ROS）在光催化抗菌中發揮著不可替代的作用（Rojas-Andrade et al.，2017）。ROS 具有較高的電子親和能和強氧化性，能夠直接作用于細胞壁/膜或在生物系統中造成氧化損傷實現抗菌作用（Zhao et al.，2020）。Li et al.（2012） 和Zhang et al.（2013）的研究都表明羥基自由基（· OH）、超氧自由基（· O ）、H2O2等作為主要的活性物種參與大腸桿菌等的光催化抗菌過程，ROS 的總濃度與其抗菌效果呈線性相關。……