西北農(nóng)林科技大學食品學院王建龍教授在Advanced Materials發(fā)文揭示仿生樹葉光催化降解重金屬離子新機制

　　近日，西北農(nóng)林科技大學食品學院食品快速檢測團隊在G1期刊Advanced Materials在線發(fā)表了題為“A Conductive Network and Dipole Field for Harnessing Photogenerated Charge Kinetics”的研究論文。論文第一作者為食品學院碩士研究生劉兆利，通訊作者為王建龍教授。

 

　　自然界中的所有動物和植物都具有類似的網(wǎng)格狀等級結構，比如樹葉的葉脈、昆蟲呼吸道、動物的血管系統(tǒng)等等，這些結構的存在不僅僅是為了保證自身結構的穩(wěn)定，同時還確保了生命體在進行新陳代謝與物質(zhì)能量傳遞過程中能量和物質(zhì)的最優(yōu)傳輸效率。當液體從一個比較粗的管道流進一個比較細的管道時，液體的流速會增加，同時細管所受的液體壓力相對于粗管所承受的壓力來說也更大。但是通過對葉脈系統(tǒng)進行觀察可以發(fā)現(xiàn)不管是粗的葉脈還是細的葉脈，所受的壓力都不會太大。這是因為葉脈網(wǎng)絡是由多級分支的葉脈管道組成的，這就是著名的默里定律（Murray's Law）。

 

　　自然界中重金屬鉻的毒性與其存在的價態(tài)有關，Cr（III）是對人體有益的元素，而Cr（VI）是有毒的。Cr（VI）對人主要是慢性毒害，它可以通過消化道、呼吸道、皮膚和粘膜侵入人體，在體內(nèi)主要積聚在肝、腎和內(nèi)分泌腺中。王建龍團隊通過向自然界學習物質(zhì)運輸?shù)淖顑?yōu)化法則——默里定律（Murray's Law），提出了合理設計導電網(wǎng)絡結構實現(xiàn)快速電荷傳輸?shù)牟呗?，不僅大幅度提高了光生電荷傳輸效率，還成功地誘導了光生電子跨過界面定向遷移至MXene納米片上用于光催化降解高毒性Cr（VI），利用光催化手段成功地將水中的Cr（VI）還原為Cr（III），相較于TiO2納米顆粒，Ti3C2/TiO2 network表現(xiàn)出更快的六價鉻光還原反應動力學速率常數(shù)（11.76倍的提升）。該項研究揭示了光催化降解高毒性Cr（VI）的新機制，對食品安全有重大意義。

 

　　相關研究得到了我校農(nóng)產(chǎn)品加工與營養(yǎng)健康學科群的資助。

 

　　原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202104099