第一作者：刘勇副教授，王立浩
通讯作者：袁勋教授，徐兴涛教授，Yusuke Yamauchi教授
第一通讯单位：青岛科技大学
论文DOI：10.1038/s41467-024-53174-9
近日，青岛科技大学袁勋教授、刘勇副教授联合浙江海洋大学徐兴涛教授在自然子刊《Nature Communications》上发表了题为“Simultaneous generation of residue-free reactive oxygen species and bacteria capture for efficient electrochemical water disinfection”的研究论文。面对日益严峻的全球水资源安全挑战，该团队在电化学水消毒系统方面取得突破进展：开发了一种搭载原子级精确Ag28纳米团簇电极的电化学水消毒技术，实现了高效、连续、无残留的水体消毒。通过理性设计Ag团簇基电极材料，可提供1）大量的细菌电吸附位点，用于智能细菌富集；2）Ag团簇可原位生成局部高浓活性氧（ROS），结合银本身的本征抗菌特性实现双机制细菌灭活；3）基于电化学水消毒系统的“活死细菌迭代”（即活细菌吸附→细菌灭活→死细菌脱附）效应，实现该系统的连续水消毒。实验表明，该电化学水消毒系统对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌及真菌均具有超过99.99%的杀菌率，且经过40次循环使用性能仅下降0.75%，连续运行5小时以上仍可维持99.90%的抗菌效率。此外，该系统还具有低能耗、高处理通量及高环境耐受能力等特点。这项研究不仅显著提升了饮用水消毒技术的效率与可靠性，还为全球范围内的水质安全问题提供了全新的解决思路。
亮点I：首次提出集细菌捕获、银团簇本征抗菌/原位产活性氧抗菌双机制为一体的电化学水消毒概念；揭示了电容场下的“活死细菌迭代”的动力学循环灭菌机制（即活细菌吸附→活细菌灭活→死细菌脱附），实现了连续细菌灭活。
亮点II：该工作以原子精确的银纳米团簇电极作为模型材料，在分子层级上明确了ROS的生产调控机制；该电化学水消毒技术实现了高杀菌率、无副产物、低能耗、连续、可靠水体消毒，并可适应多种复杂水体环境（盐度、TOC耐受），为后续电化学消毒设备的研发奠定了基础。
图1. 电容诱导电化学水消毒应用及工作原理示意图。
图2. Ag28(GSH)20 团簇及Ag NCs@ZIF-67的形貌结构表征。
图3. Ag NCs@ZIF-67和ZIF-67@AgNCs基电容诱导电化学水消毒系统的杀菌性能综合评估。
图4. 基于Ag NCs@ZIF-67的电容诱导电化学水消毒系统的抗菌机制探索。
图5. 银纳米团簇催化ROS生成活性位点及反应路径探索。
图6. 电容诱导电化学水消毒系统的规模化、环境耐受性及综合性能评估。
袁勋 教授，青岛科技大学教授/博导，泰山学者青年专家，山东省杰出青年。研究兴趣集中于超小金属纳米团簇（<3纳米）的合成及应用。近年来，在Adv. Mater.、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.等高水平期刊发表论文100余篇，论文被引1万余次，H-因子51。目前，主持国家自然科学基金面上项目、泰山学者青年专项、山东省杰青、优青基金等多项课题。获2021年度中石化联合会科技进步三等奖，入选国际期刊Nanoscale 2022新锐科学家，2023-2024年全球前2%顶尖科学家、国产卓越期刊BMEMat青年编委。
刘勇 副教授，青岛科技大学副教授，全球前2%顶尖科学家。博士毕业于华东师范大学（导师：潘丽坤教授） 近年来的研究工作集中于电容去离子在海水淡化、杀菌方面的应用拓展及超小金属纳米团簇的设计合成。近5年来，主持国家自然科学基金面上项目、国家自然科学基青年项目、山东省自然科学基金青年项目、青岛市原创探索项目各一项，获得中国石油和化工科技进步三等奖一项。近五年，以第一作者或通讯作者发表高水平SCI论文30余篇，包括Nat. Comm., Adv. Funct. Mater.、ACS Nano、Chem. Eng. J.、J. Mater. Chem. A、Sep. Purf. Technol.、Desalination、Small等。其中ESI高被引论文9篇，被引用超过300次论文1篇，超过200次论文3篇，超过100次论文4篇；根据Web of Science统计总引用次数4000余次，H指数36。
徐兴涛 教授，浙江海洋大学教授，名古屋大学副教授，博士生导师，浙江省特聘专家。入选浙江省引才计划、英国皇家化学会高被引作者、日本学术振兴会特别研究员、全球前2%顶尖科学家年度科学影响力榜单与终身榜单；担任国家自然科学基金通讯评审专家，NSC子刊、Angew Chem、ACS Nano等期刊审稿人。长期从事海水资源绿色利用研究工作，在Nature Water、Nature Comm、Chem Rev、JACS、Angew Chem、EES、Adv Mater等发表学术论文200余篇，ESI高被引论文52篇，被引用超过15000次，H指数78；发表英文专著1部，参编著2部。主持及参与日本JST-ERATO计划、国家自然科学基金项目、日本学术振兴会研究员项目等；担任SusMat、Carbon Energy、CCL、Electrochimica Acta等期刊副编辑、客座编辑、青年编委等。
Yusuke Yamauchi 教授，昆士兰大学教授/博导，澳大利亚研究委员会未来学者，澳大利亚生物工程与纳米技术研究所（AIBN）研究员，科睿唯安全球高被引科学家，全球前2%顶尖科学家。研究兴趣集中于无机材料中功能性纳米空间的设计与调控，特别是在新型纳米晶体和纳米多孔材料的合成及其在电池、电容去离子、燃料电池、太阳能电池、传感器等领域的实际应用。近年来，在Adv. Mater.、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.等高水平期刊发表论文1000余篇，总被引次数超过9万次，H因子超过150。目前主持包括澳大利亚研究委员会未来学者项目在内的多项研究课题，并担任Chemical Engineering Journal和ACS nano等国际知名期刊的副主编。
课题组主页：https://www.x-mol.com/groups/yuan_xun
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