文章简介

细菌感染一直被认为是威胁人类健康的重大问题，每年有数百万人死于病原体引起的疾病。抗生素的使用导致细菌耐药性增强，甚至出现“超级细菌”，严重影响医学的发展。因此，迫切需要开发新型抗菌技术以快速、安全地杀灭细菌。随着纳米医学的发展，研究发现纳米材料具有催化特性，能够产生活性氧自由基，引发细菌的氧化应激反应，从而实现杀菌效果。这种方法不会导致细菌耐药性，对革兰氏阴性菌和阳性菌均具有广泛的杀灭作用。纳米材料的催化特性赋予其持久的抗菌活性，显著减少了对抗生素频繁使用的需求。其中，压电催化抗菌技术结合了压电效应和催化作用，已成为了人们研究关注的焦点。

在这篇综述中系统介绍了压电效应增强催化杀菌技术的基础知识与应用前景。首先，介绍了压电效应及其相关材料的基本概念，详细阐述其在催化过程中的作用机制。然后，探讨压电效应如何通过压电催化、压电光催化及压电纳米酶等不同机制调控催化性能，以提高催化效率和选择性。在实际应用方面，压电效应调控的催化技术在感染伤口治疗、抗菌织物、水体消毒和抗菌植入物等领域展现了广泛的应用前景，充分展示了其卓越的实际应用性能。最后，本文还将展望未来的发展方向，包括新型压电材料的开发、压电效应调控机制的深入研究、多功能复合材料的设计、应用技术的优化以及生物安全性和环境影响的评估等。随着科技的不断进步，压电效应增强催化杀菌技术有望在医疗和环境保护等领域发挥更大的作用。

压电效应增强催化灭菌：机理和实际应用示意图

创新点：

1. 综合介绍了压电效应增强催化灭菌技术的基本原理和应用。

2. 探讨了压电催化、压电光催化和压电酶催化等多种机制。

3. 展示了该技术在伤口处理、抗菌织物、水净化和抗菌植入物等多个领域的应用。

4. 提出了未来研究方向，为该领域的发展提供了指导。

启示

压电效应增强催化杀菌技术在未来具有广阔的发展前景。通过新材料的开发、机制研究的深入、多功能复合材料的设计、应用技术的优化、生物安全性和环境影响的评估以及产业化的推进，该技术有望在医疗、环境保护等领域发挥重要作用，成为解决细菌感染和环境污染问题的有效手段。期待在不久的将来，压电效应增强催化杀菌技术能够在实际应用中取得更多突破，为人类健康和环境保护做出更大贡献。

论文信息

Xiaoyu Zhang^#, Zhongwei Yang^#, Jian Zhang, Longwei Wang, Na Ren, Longhua Ding, Aizhu Wang, Zheng Wang*, Hong Liu*, Xin Yu*. Piezotronic effect enhanced catalytic sterilization: mechanisms and practical applications. Nano Energy 2024, 131, 110346.

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2024.110346

通讯作者介绍：

王政，西安电子科技大学先进材料与纳米技术学院讲师。2017年获兰州大学材料物理与化学专业博士学位。主要研究方向为纳米材料的设计合成及其在光催化和光电化学中的应用。

刘宏，山东大学晶体材料国家重点实验室教授，济南大学前沿交叉科学研究院院长。他于2001年在山东大学获得博士学位。国家杰出青年科学基金获得者，主持和参加了国家863、973和国家自然科学基金重大项目等10余项，连续六年被Clarivate评为 “全球高被引科学家”。他目前的研究主要集中在纳米材料的化学处理在能源方面的应用，包括光催化、组织工程（尤其是干细胞与生物材料纳米结构的相互作用）以及非线性光学晶体。

于欣，济南大学前沿交叉科学研究院教授，国家优秀青年基金获得者。主要研究方向为纳米催化材料在能源、传感和生物治疗方面的应用。在包括Angew. Chem. Int. Edit., Adv. Mater., ACS Nano，等学术期刊上发表SCI文章90余篇，其中通讯/第一作者50余篇，7篇论文被评为ESI高被引TOP 1%论文。引用次数4800余次，H index为37。获得了国家优秀青年基金（2024），山东省杰出青年基金（2022），山东省泰山学者青年专家项目（2021），山东省优秀青年基金（2019），国家面上项目等项目的资助。是Exploration, IJMMM的学术编辑，BMEMat, NML, Rare Metals, SEE, IJMMM, Microstructures等杂志的青年编委，Rare Metals，Mater. Today Sustain.等的客座编辑。