基于快速光激发杀死细菌功能的Bi2S3/Ti3C2Tx MXene界面工程

一、文章概述

鉴于耐药性的提高，生态光电材料是抗生素很有前途的替代品。在这里，由于Ti3C2Tx和Bi2S3的接触电位差，文章设计了Bi2S3/Ti3C2Tx的界面Schottky线结。不同的工作函数诱导了局部亲电/亲核区域的形成，自驱动的跨越界面的电荷转移增加了Ti3C2Tx上的局部电子密度。所形成的Schottky势垒抑制了电子的回流，并促进了电荷的转移和分离。Bi2S3/Ti3C2Tx的光催化活性大大提高了808nm近红外辐射下的活性氧量。它们在10min内杀死99.86%的金黄色葡萄球菌和99.92%的大肠杆菌。文章提出了基于工作函数的界面工程理论，并利用两种具有不同工作功能的组件设计了生态光电响应Schottky线结，有效地根除了细菌感染。

二、图文导读

图1.Ti3C2Tx/Bi2S3的表征。

a、b为Ti3C2Tx/Bi2S3和EDS元素映射的TEM图像。

c为HRTEM中的Ti3C2Tx/Bi2S3。

d为结构优化后的Ti3C2Tx、Bi2S3和Ti3C2Tx/Bi2S3的晶体结构。

图2.Ti3C2Tx、Bi2S3、Bi2S3/Ti3C2Tx-2、Bi2S3/Ti3C2Tx-5、Bi2S3/Ti3C2Tx-7和Bi2S3/Ti3C2Tx-10的光催化和光热性能。

a为使用DCFH荧光探针(200ppm)。数据显示为与代表性实验(n=3独立样本)的平均±标准差。

b为在808nm NIR照射下的光流响应。

c为325nm激发波长从350nm到350nm600纳米光谱。

d为带有或没有808nm照射的EIS测试。

e为在10min光（808nm）照射下不同样品的光热曲线。

f为当辐照在808nm以下时，Bi2S3/Ti3C2Tx-5的温度上升和冷却曲线。

图3.基于工作功能的界面工程的机制。

a为用HeI(hν=21.22eV)测量的UPS光谱，即Ti3C2Tx的二次电子截止和Bi2S3和Bi2S3/Ti3C2Tx-5 Schottky催化剂相对于费米能级(EF)的价带。

b为Bi2S3/Ti3C2Tx-5羟基的ESR光谱。

c为Bi2S3/Ti3C2Tx-5的超氧化物自由基的ESR光谱。

d为Ti3C2Tx和n型Bi2S3接触前后的能量方案。W是工作功能、Eg是能量差距、Ec是导带最小值、Ev是价带最大值。

e为基于Bi2S3/Ti3C2Tx的Schottky异质结构，通过NIR诱导的进展提高ROS产量的机制。

图4.体外的抗菌性能。

a、b为体外Ti3C2Tx、Bi2S3、Bi2S3/Ti3CT2Tx-2、Bi2S3/Ti3T2Tx-5、Bi2S3/Ti3Ti32Tx-7和Ti3C2Tx-10等10min后金黄色葡萄球菌(a)和大肠杆菌(b)的水解。

c为金黄色葡萄球菌2、4、8、12d对照、3M伤口包扎、Ti3C2Tx、Bi2S3和Bi2S3/Ti3C2Tx-5（10μL、1×108CFU/mL）对体内感染性伤口愈合的定量结果。灰色圆表示Ctrl组，黑色圆表示3M组，棕色圆表示Ti3C2Tx组，粉红色圆表示Bi2S3组，绿色圆表示Bi2S3/Ti3C2Tx-5组。

d为用苏木精和肌蛋白（H&E）染色在2、4、8和12d采集的伤口组织的组织学图像。

e为Bi2S3/Ti3C2Tx Schottky催化剂示意图及Bi2S3/Ti2S3C2Tx在808nm辐照下的抗菌机理图。数据显示为与代表性实验（n=3独立样本）的平均±标准差。

三、全文总结

作者成功制备了Bi2S3/Ti3C2Tx与内置电场的Schottky线结。在808nmNIR光辐照的10min下，它对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的高效光电杀菌效率分别为99.86%和99.92%。潜在的机制包括增强的光催化和光热特性，这起源于界面上光生成电荷的快速转移、Bi2S3的深度缺陷和紧密接触后Ti3C2Tx的LSPR。Ti3C2Tx和Bi2S3的工作函数的差异导致了接触电位差，迫使光源电荷跨界面转移，并增加了Ti3C2Tx上的局部电子密度，减少了电子-空穴对的重组。文章研究利用组件之间的工作功能差异，通过增强光催化和光热性能，设计了一个具有高效NIR响应杀菌性能的生物相容性肖特基结。这项研究为使用两个或多个具有不同工作功能的组件为特定应用设计光电器件提供了新的见解。

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