秦伟&梁荣宁Anal. Chem.：具有光催化自清洁性能的抗污染TiO2涂层聚合

　　

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　　研究内容

　　由于电极污染，聚合物膜离子选择电极（ISE）在复杂样品中实现可靠的离子传感仍然具有挑战性。

　　为了应对这一挑战，中国科学院烟台海岸带研究所秦伟研究员和梁荣宁研究员提出了一种基于抗污染TiO2涂层的表面共价改性的聚合物膜ISE，该膜具有优异的抗污染和自清洁性能。结果显示，与未改性电极相比，TiO2涂层Ca2+-ISE具有显著的抗生物污染性能，细菌粘附率低为4.74%，抑制率高为96.62%，该电极在109 CFU mL-1的浓缩细菌悬浮液中浸泡60天后，仍显示出独特的抗有机染料污染财产和优异的自清洁能力。相关工作以“Anti-fouling TiO2-Coated Polymeric Membrane Ion-Selective Electrodes with Photocatalytic Self-Cleaning Properties”为题发表在国际著名期刊Analytical Chemistry上。

　　

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　　研究要点

　　要点1.作者首先通过多巴胺（DA）的自聚合将PDA涂层改性到聚合物膜的表面上，然后通过PDA的-OH基团和KH550的-NH2基团之间的脱水反应，使用硅烷偶联剂KH550将TiO2纳米颗粒（NP）共价接枝到PDA层上。作为概念验证实验，选择了聚合物膜Ca2+-ISE作为模型。

　　要点2.在紫外线照射下，光催化TiO2产生的活性氧不仅可以杀死微生物，还可以将有机污染物降解为二氧化碳和水，形成的超亲水膜可以有效防止污染物的吸附，从而抑制传感器的生物污垢和有机结垢的发生。残留的污垢可以通过水滴的流动完全自我清洁。

　　要点3.以Ca2+-ISE为模型，作者研制了一种防污聚合物膜电位传感器。结果表明，与未改性电极相比，TiO2涂层Ca2+-ISE具有显著的抗生物污染财产，细菌粘附率低为4.74%，抑制率高为96.62%，该电极在109 CFU mL-1的浓缩细菌悬浮液中浸泡60天后，仍显示出独特的抗有机染料污染财产和优异的自清洁能力。

　　该方法可以扩展到提高其他电化学或光学膜传感器的耐污染性，并且有望用于构建无污染传感器。

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　　研究图文

　　

　　图1.（a）TiO2涂层和（b）对照空白Ca2+-ISMs的SEM。（c）两种膜的EDS光谱。（d）UV照射5分钟后，对照空白和TiO2涂覆的Ca2+-ISMs的接触角。

　　

　　图2. （a，b）在10-4至10-1M的浓度范围内，对照和TiO2涂覆的Ca2+-ISE对Ca2+的时间依赖性电位响应和响应斜率。对照和TiO2涂层的Ca2+-ISEs（c）随时间的典型动态电位响应和（d）电位响应时间。当Ca2+浓度从10-4增加到10-3 M时，在去离子水中测量电极的响应时间。

　　

　　图3.（a）附着在TiO2涂层和对照聚合物膜Ca2+-ISEs表面的染色细菌细胞的CLSM图像。（b）TiO2涂层和对照聚合物膜表面的细菌数量。

　　

　　图4. 用ATR FT-IR表征聚合物Ca2+-ISM的抗有机污垢性能。将TiO2涂层和对照空白Ca2+-ISMs在甲基橙染料（10 mg L-1）中浸泡12小时。使用与这些膜固定在恒定距离的紫外线（15 W，λ=254 nm）作为光源。照明时间为2小时。

　　

　　图5.（a）对照和TiO2包覆的Ca2+-ISE在与细菌悬浮液（109CFU mL-1）孵育7天后的反应斜率。（b）在细菌悬浮液（109 CFU mL-1）中浸泡7天之前和之后，当Ca2+浓度从10-4增加到10-3 M时，对照和TiO2包覆的Ca2+-ISE的响应时间。每天用紫外线（15W，λ=254 nm）照射两个电极5分钟。

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　　文献详情

　　Anti-fouling TiO2 ? Coated Polymeric Membrane Ion-Selective Electrodes with Photocatalytic Self-Cleaning Properties

　　Tonghao Liu, Rongning Liang,* Wei Qin*

　　Anal. Chem.

　　DOI: 10.1021/acs.analchem.2c05514

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