近日，我校环境学院曲蛟教授团队在光催化水消毒领域取得重要研究新进展。相关研究成果以“2D/2D phosphorene/BiOI S-scheme heterojunction for subminute photocatalytic water disinfection under real sunlight”为题，发表在国际知名期刊Nature Communications上。
当前，一些低收入乃至中等收入国家中仍有超过8亿人口无法获得基本饮用水服务，在这些国家，水传播微生物与多达80%的疾病有关，仅腹泻类疾病每年就导致超过48万例死亡。太阳能消毒（SODIS）作为一种终端用水消毒策略，为上述地区数百万居民提供服务。然而，SODIS耗时较长（通常需6-48小时光照），主要原因在于其对紫外光子（约占太阳能的4%）的高度依赖，为此，亟需进一步利用可见光光子（约占太阳能的50%）的额外能量来提升反应动力学效率。
基于此，研究团队以磷烯纳米片（PNs）和BiOI纳米片（BS）为模型材料，构建了一种异质结光催化剂。研究表明，通过同时调控异质结组分间的界面相互作用与能带匹配关系，可以实现对光生载流子动力学和热力学限制的双重优化，从而显著提升可见光能量在细菌光催化灭活过程中的利用率。该异质结展现了亚分钟级的水消毒性能，在真实太阳光下，45秒内即可灭活7个数量级的大肠杆菌，其一级消毒速率约为商用P25 TiO2的221倍。该研究为面向终端使用的高效光催化剂设计提供了新的见解。
图.(a) Bi-L3边的同步辐射X-射线吸收近边结构光谱结果；(b) PNs/BS体系差分电荷密度图;(c) PNs及(d) BS功函数计算结果;(e) 0.0PNs/BS及(f) 0.8PNs/BS瞬态吸收光谱对应的动力学衰减曲线;(g) PNs/BS异质结的可见光灭菌活性;(h) 0.8PNs/BS及P25二氧化钛的真实太阳光灭菌活性.
该成果的第一作者为我校环境学院何东阳副教授，曲蛟教授、张亚南教授为论文共同通讯作者，东北师范大学为唯一通讯单位。
相关文章链接： https://doi.org/10.1038/s41467-026-69101-z
