最近，沈阳材料科学国家（联合）实验室尚建库研究组与美国伊利诺大学合作研制出新型除微生物净水材料。

自然水体必须经过适当处理，才能满足人类生活、生产的要求。自然水体中存在大量病原体（主要是各种有害微生物等），对人类健康构成重大的威胁。世界卫生组织估计，全球每年有大约500万人死于不洁净水传播的疾病。为了消除通过水中病原体传播疾病的爆发，在水处理中必须对水进行消毒处理以有效除去水中的各种病原体。目前，在水处理过程中主要的消毒措施依赖于各种化学消毒剂，特别是氯被广泛应用于对饮用水的消毒处理。但是，游离氯可以与水中的多种物质反应，生成毒性更大的消毒副产品，对人类健康构成更严重的影响。

光催化过程通过产生具有很高反应活性的氢氧自由基活性基团，能够氧化水中的有机污染物、杀灭有害微生物、分解各种可能存在的消毒副产品前驱体，有可能成为替代氯处理的一种新型水处理消毒方法。二氧化钛具有高的化学稳定性、良好的光催化活性、相对低廉的价格以及对人体无毒等特点，所以在众多半导体光催化材料中被认为是目前唯一适应于大规模工业应用的材料。但是，二氧化钛具有相对较大的禁带宽度（常用的锐钛矿二氧化钛禁带宽度3.2电子伏特），因此其光催化活性需要紫外光（波长小于400纳米）的激发，严重限制了它对于太阳光能的利用效率。近年来，非金属掺杂二氧化钛的研究引起了研究人员的广泛注意，成为光催化领域的新兴研究方向。它可以由可见光激发，使光催化过程能够不再必须依赖于紫外光源，能够提高太阳光照的吸收效率，降低使用成本。但是，由于非金属掺杂本身会带来严重的电子－空穴对复合问题，从而不能在其表面有效生成具有很高反应活性的自由基活性基团，所以在可见光照射下的光催化效率往往比较低。现有非金属掺杂二氧化钛体系还存在的一个主要问题是一旦失去光照，其光催化能力将迅速丧失。因此，难以仅利用太阳光能保持对水体产生持续的消毒作用，无法解决有害微生物在失去光照之后可能的重新出现。

因此，在材料体系上进行改进，减少在现有非金属掺杂二氧化钛体系中的电子－空穴对复合问题，可以大大提高其光催化消毒效率。如果这种材料能够通过一种“记忆”效应储存其在光照条件下的部分反应活性，在光照熄灭之后仍能在一定时间范围内保持这种杀菌能力，那么将大大拓宽光催化的应用范围，使利用太阳光能昼夜连续杀菌成为可能，从而能够对水体产生持续的消毒作用，降低净水能耗和成本，并且可能在更广泛的环境控制应用领域获得新的用途。

尚建库研究员及其研究组在氮掺杂二氧化钛光催化材料体系中引入微量氧化钯纳米颗粒。他们发现氧化钯纳米颗粒的加入有效控制了半导体表面光电子的传输。在可见光照条件下，氮掺杂二氧化钛吸收可见光，产生电子－空穴对。此时，电子能够被有效限制在氧化钯纳米颗粒上，减少了电子－空穴对复合，从而使空穴能够更好地运动到半导体表面，生成氢氧自由基活性基团。因此，大幅度提高了可见光光照下的光催化杀菌效率。当可见光照熄灭之后，被限制在氧化钯纳米颗粒上的电子开始释放，可以回到半导体表面或者直接与水中的氧气反应，生成活性基团，产生对光催化杀菌的“记忆”效应，从而能够在黑暗中也具有明显的杀菌能力，而且这种能力能够保持接近20小时。这种光催化“记忆”效应的发现，打破了光催化杀菌技术必须在光照条件下进行的传统思想，拓宽了它的应用范围，使利用太阳光能昼夜连续杀菌成为可能，有望大幅度降低净水能耗。光催化“记忆”效应现象首先在Advanced Materials杂志进行了报道，其初步机制研究在2010年2月14日出版的Journal of Materials Chemistry杂志上以封面文章形式发表。黑暗无光条件下光催化“记忆”效应的发现，在国际上引起了很大的反响，已经吸引了包括英国皇家化学会Highlights in Chemical Science杂志、麻省理工学院Technology Review、伊利诺伊大学新闻中心、美国自然科学基金会（National Science Foundation）新闻网站、TMS (The Minerals, Metals & Materials Society)材料技术专栏（Materials Technology@TMS）、科学时报（Science Daily）等70多家国际科研及新闻组织进行报道。

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