浅析崔屹的Nature Nanotechnology: 可见光杀菌，我是这么看的
前言：
崔屹课题组的这篇Nature子刊出来也已经快一个星期了，可能很多人也已经看过了，这里分享一些个人不成熟的见解，供大家参考与讨论，欢迎大家批评指正。
1. 太阳能利用的形式
在分享熊宇杰教授课题组的那篇JACS（J. Am. Chem. Soc. 2016,138, 8928）的时候，我们也曾提到过这个问题。实际上，对于太阳能的利用，不局限于光电，光热，光化学转化，其实利用太阳能还可以做很多其他事情，比如用来进行海水淡化（ Nature Photonics, 2016, 10,393–398），杀菌等等。应该来说，太阳能只是一种能量形式，只不过在利用它的时候要考虑到它的一些特点，比如说能量密度低等等。如何多种多样地利用太阳能，其实也是能源转化技术中非常重要的研究方向。
2. 太阳能杀菌
如何以一种快速节能的方式来实现水体的杀菌是一种非常重要的课题，特别是在目前能源危机和水资源匮乏的大背景下。而太阳能作为一种非常易于获取的清洁能源，如果能够被高效地应用在这个方面将是人们的一大福音。
太阳光杀菌有两种形式：A. 直接法，其实走的是物理途径，通过射线（主要是紫外光）来破坏细菌中核酸等重要大分子，从而得到杀菌目的；B. 间接法，走的是化学途径，利用光诱导产生的活性氧物种（ROS）来实现杀菌目的。传统的，人们多数利用紫外光的强辐射作用来进行直接法杀菌。但是，紫外光的能量在太阳光光谱中仅占4%。而如果能够有效地利用太阳光中的可见光，无疑可以大大地提升太阳能灭菌的效率。
注：实际上，在涉及太阳能的这个问题上，人们总也绕不过去的就是紫外光，可见光的利用问题。其实，在看这篇文献的时候，我脑子里一直在闪现的一个概念就是：如果把细菌当做一种水体中的有机污染物，那么，其实太阳光杀菌和光降解有机污染物是非常类似的。首先，提高可见光的利用是一个共同点；其次，都需要利用到半导体材料（实际上，光催化有机污染物降解时，ROS的生成也是很重要的）；再次，在提高效率的方法上，都是通过对半导体的修饰来进行的。
3. 本文的材料选择与设计
Figure 1 FLV-MoS2 disinfection schematic
本文选取的半导体材料是明星材料MoS2。MoS2有很多非常好的优点：A. 可以通过调节它的厚度来调节它的能带结构(它的带宽可以在1.3 eV-1.9 eV这个范围内变动); B. 可以调节MoS2的结构来控制其光生载流子的分离。（相关内容在光电催化中有很多报道，有兴趣的可以做些了解）
注：实际上，对于一个半导体材料而言，最重要的就是两个方面：一个是带宽的调节，一个是光生载流子的分离问题。因为这两者决定了这个材料可以吸收那个波段的光，吸收的光有多少可以用来做有意义的事情（效率）。
Figure 2. FLV-MoS2 morphology and band-structure characterization.
本文所合成的是一种被称为多层垂直取向MoS2(FLV-MoS2)的材料，如Figure 1所示(具体合成过程请大家阅读原文)。这种结构有什么优点？首先，多层结构使得FLV-MoS2的带宽为1.55 eV,最多可以吸收到波长长达800 nm的光，这跟TiO2相比，在对太阳能的吸收上提高了10多倍（从4% 到50%）; 其次，垂直取向使得MoS2暴露的edge site多，而对于MoS2而言，edge site是高活性位点（可以参考MoS2上的HER——相，缺陷和边位），同时垂直取向对于半导体而言有利于载流子的分离。
此外，在这种FLV-MoS2材料的基础上，还可以沉积Cu或者Au等助催化剂（在光催化中是典型的载流子分离助剂）。
4. FLV-MoS2的灭菌效果
这里对于性能实验的设计不做过多分享，实际上和传统的光催化染料降解也有很多类似之外，比如光暗对比，光催化剂的对比等等。这里只列出其活性效果图。FLV-MoS2具有很高的可见光杀菌性能，特别是在加入了5 nm Cu(或者Au)进行修饰之后，极少量材料（1.6 mg L-1）就可以在20 min (或60 min)内实现水体的消毒净化（>99.99%）,其效果是TiO2光催化剂的6倍以上。
Figure 3 FLV-MoS2 disinfection performance
Figure 4 Performance enhancement of FLV-MoS2 by 5 nm of catalysts of Cu or Au
作者对体系中产生的ROS浓度进行了监测，发现加了Cu之后，ROS的浓度要大大提高，而整体浓度为：H2O2>O2•−>1O2>OH•.其中H2O2的杀菌效果最好。
5. 简单的评述
通读全文，感触最深的是：打破桎梏，发现新的战场是科研中经常需要思考的创新的途径。本文最大的亮点是用别人都知道的材料做了一件别人没想过的事情。而实际上，本文在材料的合成和作用机制上并没有太多意想不到的东西。所以，为了这种创新的想法，赞一个！祝大家都能有好的想法！
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