近日，我校材料学院袁勋团队在自然子刊《Nat. Commun.》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。

我校崂山学者刘勇副教授为该论文的第一作者、袁勋教授为共同通讯作者，青岛科技大学为第一通讯单位。该课题得到了国家自然科学基金、泰山学者人才工程、山东省自然科学基金等项目资助。

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-53174-9