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光/暗条件下催化灭活生物气溶胶研究

生物气溶胶灭活;光催化;介质阻挡放电;氧空位

生物气溶胶是呼吸性流行疾病传播的重要途径。为了有效降低病原体空气传播风险，亟需开发安全、快速、高效的生物气溶胶灭活技术。为此，本项研究开发了低温等离子体耦合光催化的生物气溶胶灭活技术，尝试用聚糖（CS）修饰的Ag-Cu/TiO₂复合催化剂与介质阻挡放电相结合，利用介质阻挡放电（DBD）产生的辐射光(紫外-可见光)为光催化反应提供光照，同时利用放电时形成的强电场促进光催化剂表面电子-空穴对的形成，实现反应体系内多种物理场(电､磁､光等)与化学场(等离子化学场､催化剂表/界面场等)的耦合。研究发现，DBD联合光催化技术可快速且高效实现病原微生物的灭活效果（在60W功率下，该系统可在10.5秒内实现细菌和真菌分别达到2.89-lg和2.87-lg的灭活率），且可有效抑制微生物复活。此外，为了实现全天候高效灭菌的理念，创新性制备了一种富含氧空位的氧化银掺杂氧化铜催化剂，该材料在无光条件下15分钟内即可实现99.99%的细菌灭活效率。密度泛函理论（DFT）计算表明，CuAgO_x-3样品具有更多的活性电子态和更强的氧吸附活化能力，促进活性氧（ROS）的生成。进一步的研究揭示了ROS通过破坏细菌膜上的磷脂多糖和磷脂质乙醇胺而导致细菌死亡的作用机制。本研究为开发快速高效､无残留､与人共存的生物气溶胶灭活技术提供了新的技术参考。