摘要：由于全年太阳辐射充足，光催化水消毒技术在偏远地区具有很高的应用前景。然而，粉末状光催化剂的实际应用受到贫营养地表水中抗逆细菌的有限回收和低效灭活的阻碍。

由于全年太阳辐射充足，光催化水消毒技术在偏远地区具有很高的应用前景。然而，粉末状光催化剂的实际应用受到贫营养地表水中抗逆细菌的有限回收和低效灭活的阻碍。

2025年1月24日，北京师范大学李阳教授在国际知名期刊Nature Communications发表题为《Silver single atoms and nanoparticles on floatable monolithic photocatalysts for synergistic solar water disinfection》的研究论文，Jian Wang为论文第一作者，李阳教授为论文通讯作者。

李阳，北京师范大学环境学院教授、环境科学系系主任，国家青年高层次人才，青年长江学者。2007年本科毕业于哈尔滨师范大学，2007-2013年在北京师范大学硕博连读，并获得博士学位，博士期间2010-2012年在美国佐治亚理工学院从事科学研究工作。2013-2015年在北京师范大学从事博士后研究，2015年从博士后流动站出站后直接以副教授身份入职北京师范大学，2021年破格晋升为教授。

李阳教授长期致力于纳米材料在水中的迁移转化机制及其在水处理方面的应用研究，在Nature Comunications、Nano Letters、ACS nano、ES&T、Water Research等发表SCI论文90余篇, 被SCI论文他引7000余次, ESI高被引论文7篇。获授权国家专利7项。入选全球前2%顶尖科学家榜单。

在本文中，作者制备了一种ZIF-8-NH2负载Ag单原子和纳米粒子 (AgSA+NP) 的可浮动整体式光催化剂（AgSA+NP/ZIF）。

原子分散的Ag位点形成Ag-N电荷桥，延长电荷载流子的寿命，从而促进活性氧 （ROS）的产生。等离子体Ag纳米粒子的光热效应降低了细菌对ROS的抵抗力，并损害了DNA修复能力。

在太阳光照射下，Ag单原子和纳米颗粒的协同作用使得4.0 cm2 AgSA+NP/ZIF能够在30分钟内对贫营养地表水中的抗应激大肠杆菌（E.coli）实现超过6.0 log的灭活（99.9999%）。

此外，36 cm2 AgSA+NP/ZIF可对至少10.0 L地表水进行消毒，满足世界卫生组织（WHO）建议的人均每日饮用水分配量（8.0 L）。

本研究提出了一种分散且可持续的偏远地区水消毒方法。

图1：可浮动整体式光催化剂合成及作用示意图

图2：AgSA+NP/ZIF的结构表征

图3：光催化剂的光学和光热性能

图4：太阳照射下的光催化消毒性能

图5：协同消毒机制

综上，作者研究了一种可浮动整体式光催化剂（AgSA+NP/ZIF），该催化剂负载有ZIF-8-NH2上的Ag单原子和纳米颗粒，用于太阳能驱动的水消毒。研究重点在于探讨其在实际水环境中的消毒性能和作用机制。研究发现，Ag单原子和纳米颗粒的协同效应显著提高了光催化剂的性能。

该研究不仅提供了一种高效、可持续的偏远地区水消毒方法，还为设计新型光催化剂提供了理论依据。通过结合Ag单原子和纳米粒子的光热效应，显著提高了光催化剂的消毒效率，为解决全球水资源短缺和水污染问题提供了新的思路。

这种光催化剂在偏远地区具有广阔的应用前景，尤其是在缺乏电力和传统水处理基础设施的地区。其高效、可持续的特点使其成为一种理想的点-of-使用（Point of Use，POU）消毒技术，能够为当地社区提供安全的饮用水。此外，该技术还可以扩展到大规模水处理系统中，为全球水安全做出贡献。

Wang, J., Zhang, J., Li, Y. et al. Silver single atoms and nanoparticles on floatable monolithic photocatalysts for synergistic solar water disinfection. Nat. Commun., (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-56339-2.

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来源：华算科技