近日，西北農(nóng)林科技大學(xué)食品學(xué)院食品快速檢測(cè)團(tuán)隊(duì)在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(xué)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(dòng)物和植物都具有類似的網(wǎng)格狀等級(jí)結(jié)構(gòu)，比如樹葉的葉脈、昆蟲呼吸道、動(dòng)物的血管系統(tǒng)等等，這些結(jié)構(gòu)的存在不僅僅是為了保證自身結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，同時(shí)還確保了生命體在進(jìn)行新陳代謝與物質(zhì)能量傳遞過(guò)程中能量和物質(zhì)的最優(yōu)傳輸效率。當(dāng)液體從一個(gè)比較粗的管道流進(jìn)一個(gè)比較細(xì)的管道時(shí)，液體的流速會(huì)增加，同時(shí)細(xì)管所受的液體壓力相對(duì)于粗管所承受的壓力來(lái)說(shuō)也更大。但是通過(guò)對(duì)葉脈系統(tǒng)進(jìn)行觀察可以發(fā)現(xiàn)不管是粗的葉脈還是細(xì)的葉脈，所受的壓力都不會(huì)太大。這是因?yàn)槿~脈網(wǎng)絡(luò)是由多級(jí)分支的葉脈管道組成的，這就是著名的默里定律（Murray's Law）。

 

　　該項(xiàng)研究揭示了光催化降解高毒性Cr（VI）的新機(jī)制。王建龍團(tuán)隊(duì)通過(guò)向自然界學(xué)習(xí)物質(zhì)運(yùn)輸?shù)淖顑?yōu)化法則——默里定律（Murray's Law），提出了合理設(shè)計(jì)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)實(shí)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(dǎo)了光生電子跨過(guò)界面定向遷移至MXene納米片上用于光催化降解高毒性Cr（VI）。鉻的毒性與其存在的價(jià)態(tài)有關(guān)，Cr（III）是對(duì)人體有益的元素，而Cr（VI）是有毒的。Cr（VI）對(duì)人主要是慢性毒害，它可以通過(guò)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。在這項(xiàng)研究中，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(jià)鉻光還原反應(yīng)動(dòng)力學(xué)速率常數(shù)（11.76倍的提升）。

 

　　相關(guān)研究得到我校農(nóng)產(chǎn)品加工與營(yíng)養(yǎng)健康學(xué)科群的資助。

 

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