近日，材料学院王福会教授团队徐大可教授课题组，联合左良教授团队杨波教授课题组在生物污损防治领域取得突破进展，相关成果“Flatband λ-Ti3O5 Nanoparticles Unlocking Near-Unity Solar Absorptivity for Ultrarobust Photothermal Antibiofouling”发表于化学与材料学科国际顶级期刊Journal of the American Chemical Society（DOI: 10.1021/jacs.6c01139）。材料学院博士生李萌和李祥宇研究员为共同第一作者，徐大可教授、杨波教授、李祥宇研究员为共同通讯作者，东北大学为第一完成单位和唯一通讯单位。
光热抗菌技术因具有抗菌效果显著、不易产生细菌耐药性等独特优势，已成为解决全球范围内普遍存在的微生物污染问题的重要手段。然而，现有光热抗菌材料普遍存在太阳能捕获效率偏低、可见光响应能力不足等关键瓶颈。针对上述难题，研究创新性地提出了基于类金属相λ-Ti3O5纳米颗粒的新型光热抗菌策略，其卓越性能源于该材料独特的平带电子结构以及费米能级附近显著增强的联合态密度。研究团队开发了一种超分子纳米框架诱导合成法，攻克了高纯度、相稳定、结构规整的λ-Ti3O5纳米颗粒可控制备这一长期技术难题。实验结果表明，与传统微米级材料相比，λ-Ti3O5纳米颗粒对太阳能的吸收率接近100%，光热转换效率提升8%，其优异的光热性能主要归因于λ-Ti3O5本身独特的Ti-Ti二聚体诱导的费米能级附近平带结构，以及纳米颗粒显著的限域效应。同时，λ-Ti3O5纳米颗粒还具备优异的化学稳定性和可回收性，对多种细菌表现出广谱杀菌能力和高效的生物膜破坏性能。全原子分子动力学模拟进一步阐明了其抗菌防污协同机制：材料首先通过静电作用特异性吸附细菌表面，随后结合光诱导活性氧生成与局部快速升温效应，通过改变细菌细胞膜的流动性和膜结构完整性，最终实现高效杀菌。研究首次系统揭示了Ti-Ti二聚体诱导平带在提升光热抗菌性能中的关键作用，并为此提供了新的研究视角，助力开发适用于多种生物界面应用的新一代光热抗菌纳米材料。
λ-Ti3O5纳米颗粒的制备及防污性能示意图
以上工作获得国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金面上项目、国家自然科学基金青年科学基金C类、国家重点研发计划、辽宁省兴辽英才计划、中国博士后创新人才支持计划、中国博士后科学基金面上项目、广东省基础与应用基础研究基金海上风电联合基金、海洋关键材料全国重点实验室开放基金、海洋涂料国家重点实验室开放课题以及中央高校基本科研业务项目的支持。
