港科大研发“光催化口罩”，1分钟灭活99%病毒

‌港科大研发的“光催化口罩”通过光（CuO-ZIF-8的光催化作用）和电（PVDF-TrFE的压电性）协同效应，实现了1分钟内对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌99.999%的灭活率，同时具备高效过滤、自充电和长寿命的特性。‌

技术原理与核心创新

‌光催化灭菌机制‌：

口罩采用CuO-ZIF-8复合纳米材料，通过绿色可再生的太阳能进行光催化反应。

CuO-ZIF-8扩展了ZIF-8的光吸收范围，表现出显著的光催化抗菌行为，灭菌率高达99.999%，远超氧化锌和二氧化钛等常规半导体材料。

‌压电自充电特性‌：

口罩利用PVDF-TrFE纳米纤维膜的高压电性能，通过呼吸运动产生电荷，增强静电吸附能力。

这种自充电机制无需外部电源，延长了口罩的使用寿命。

性能表现与实验数据

‌过滤效率‌：

在良好压降（约90帕，接近N95口罩的94帕）下，口罩对2.5 µm颗粒的过滤效率达99.67%，1.0 µm颗粒为99.16%，0.3 µm颗粒为99.01%。

‌灭菌效率‌：

光催化灭菌对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀灭率达到99.999%。

实验显示，经过30分钟照射后，口罩顶层、内层和底层上的细菌残留水平极低。

‌使用寿命‌：

口罩的过滤寿命延长至30小时，比医用口罩长6-7倍。

长期稳定性测试表明，4周后过滤效率保持100%，30小时操作后保持率超过94.15%。

低碳与可持续性优势

‌低碳技术‌：

光催化灭菌依赖太阳能，减少了对化学消毒剂的依赖，降低了碳排放。

压电自充电机制减少了电池使用，进一步降低了环境影响。

‌可持续性‌：

口罩的设计延长了使用寿命，减少了废弃物产生。

CuO-ZIF-8和PVDF-TrFE材料可回收利用，符合循环经济理念。

应用场景与市场潜力

‌个人防护‌：

口罩可广泛应用于医疗、公共交通、工业等高风险环境，提供高效的病毒和细菌防护。

透明设计便于听障人士通过读唇沟通，同时满足依赖面部表情的职业需求。

‌市场扩展‌：

该技术可扩展至其他个人防护装备和纺织品，如防护服、手套等。

长期来看，光催化口罩有望成为低碳个人防护领域的主流产品。

光催化灭菌机制

一、光催化材料的选择与特性

港科大研发的“光催化口罩”采用了CuO-ZIF-8复合纳米材料作为光催化剂。ZIF-8（沸石咪唑酯骨架结构材料）本身具有优异的光催化活性，而CuO的加入进一步扩展了ZIF-8的光吸收范围，使其能够更有效地利用太阳能进行光催化反应。这种复合纳米材料表现出显著的光催化抗菌行为，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀灭率达到99.999%，远远超过氧化锌和二氧化钛等常规半导体的性能。

二、光催化灭菌的原理

光催化灭菌的原理主要基于光催化剂在光照下产生的活性氧自由基（如羟基自由基、超氧根离子等）的强氧化性。这些活性氧自由基能够破坏细菌的细胞壁/细胞膜结构，干扰蛋白质的合成，引发菌体蛋白的变异和脂类的分解，从而达到抑菌、杀菌的目的。具体来说，光催化灭菌过程可能包括以下几个步骤：

‌光吸收与电子激发‌：光催化剂吸收光能后，电子从价带跃迁至导带，形成光生电子和光生空穴。

‌活性氧自由基的生成‌：光生电子与吸附在光催化剂表面的氧气反应，生成超氧根离子；光生空穴则与水分子反应，生成羟基自由基。

‌细菌细胞的破坏‌：生成的活性氧自由基攻击细菌细胞，破坏其细胞壁/细胞膜结构，导致细胞内容物泄漏，最终使细菌死亡。

三、光催化口罩的灭菌效果

港科大研发的“光催化口罩”通过光催化灭菌机制，实现了对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的高效杀灭。实验结果表明，在光照条件下，口罩对这两种细菌的杀灭率达到99.999%。此外，该口罩还表现出长期稳定性和持续使用的卓越耐用性，过滤寿命延长至30小时，比医用口罩长6-7倍。