铋系纳米材料表面性质的调控及其对海洋微生物污损防治的分子机制

Marine biofouling is one of the important problems the marine engineering materials will face in practical application, so it is significant to develop novel and efficient antifouling technology. Based on the good photocatalytic activity, environment friendly property, and generation of different radicals types of bismuth series nanomaterials (BiVO4, Bi2WO6, and BiOI), this project intends to focus on the research of the effect of different radicals on the photocatalytic antifouling performance and mechanism, establishing a correlation model between radicals types and photocatalytic antifouling performance of nanomaterials. In addition, we will further investigate the effect of surface properties on the photocatalytic antifouling performance of nanomaterials, establishing a correlation model between surface properties and photocatalytic antifouling performance of nanomaterials. What's more, combined with molecular biology and materials science techniques, the mechanism of photocatalytic reaction to the metabolic process of marine biofouling microorganism will be indicated at the molecular level. This project embodies the great feature of its multi-discipline, embracing marine chemistry, materials, and biology in one building. This study will has a great significance and scientific value in deeply understanding the potential application of photocatalytic technology in marine antifouling and the molecular mechanism between photocatalytic technology and marine fouling microorganism. It will also provide a theoretical support and guidance for the selection of marine antibiofouling materials.

生物污损是海洋工程材料在服役过程中面临的重要问题之一，开发新型高效的海洋生物污损防护技术具有重要意义。本项目以具有良好可见光催化活性和环境友好特性的铋系纳米材料为基础材料，通过BiVO4、Bi2WO6和BiOI等合成材料在单体状态和复合状态下光催化过程中可产生不同类型的自由基，研究不同的自由基对材料光催化防污性能的影响和防污作用的机理，建立不同自由基类型与材料光催化防污性能间的相关性模型；研究材料的表面性质对光催化性能的影响机制，建立材料表面性质与光催化防污性能间的相关性模型；结合材料学、分子生物学等研究手段，从分子水平揭示光催化反应对典型的污损微生物附着、生长、代谢过程的作用机制。本项目是集海洋化学、材料学、海洋生物学于一体的研究，具有较强的学科交叉性。本项目的开展对深入认识光催化技术在海洋防污中的应用，理解光催化技术与污损生物间作用的分子机制有着重要意义和科学价值。

生物污损是海洋工程材料在服役过程中面临的重要问题之一，开发新型高效的海洋生物污损防护技术具有重要意义。本项目以具有良好可见光催化活性、环境友好特性的铋系纳米材料为基础材料，利用光催化技术进行了海洋生物污损防护研究，分析了不同制备条件与复合形式对材料表面性质和光催化防污性能的影响；建立了不同材料产生的自由基类型与光催化防污性能间的相关性模型；结合材料学、分子生物学等研究手段，从分子水平揭示了光催化反应产生的自由基对污损微生物附着、生长、代谢过程作用的分子机制；为开发新型、高效的光催化防污材料和技术提供了理论依据。发表SCI论文23篇。申请了26件国家发明专利，已获授权5件。培养了3名博士研究生和2名硕士研究生，出站博士后1名。已完成预期各项指标。主要研究内容如下：.（1）通过水热合成法控制合成了系列Bi2WO6、BiVO4和BiOI单体材料，明确了三种单体材料的组成结构和表面性质与其光催化防污性能间的关系。以此为基体可控制备了BiOI/BiVO4、Bi2WO6/BiVO4、Bi2WO6/BiOI、Bi2WO6/Ag3PO4、AgI/BiVO4、AgVO3/BiVO4、Ag@AgVO3/BiVO4和V2O5/BiVO4纳米复合材料，与单体相比有增强防污性能。实验证实.O2-和h+是起主要作用的自由基基团，杀菌分子机制以氧化破坏细胞壁破坏为主。证实铋系纳米材料具有良好的可见光催化活性和海洋环境稳定性，可以用于光催化海洋防污的应用中。.（2）为克服粉体形式可见光催化防污材料无法在开放海洋环境应用的技术瓶颈，利用无机晶体原位生长技术实现了具有分级纳米结构BiOI薄膜材料在304SS基体表面的原位生长。进一步以TBAB作为缓释性溴源，采用离子交换法构筑了具有p-n异质结结构的BiOI/BiOBr二元半导体复合薄膜材料，对细菌细胞质内质粒环状DNA具有光催化开环破坏作用，证实了该材料对细菌细胞内遗传物质也能进行光催化分解，进一步丰富了光催化材料的杀菌理论。同时利用构筑的光催化活性薄膜的光催化杀菌活性和光电转换性能构筑了多种多功能金属基半导体薄膜的电化学平台，实现了对微生物的检测，清除和杀灭，进一步拓展了光催化技术在海洋防污领域的应用。