利用抗生素治疗细菌类疾病会产生一系列问题,比如增强细菌的耐药性以及导致细菌的复杂变异。因此,我们考虑使用光响应催化剂治疗细菌感染。经过几十年的发展,已经研究出许多光催化剂。然而,单组分光催化剂面临许多问题。例如,它们对可见光的吸收很低,不能充分利用光能。此外,光生电子和空穴的快速复合大大降低了光催化效率,并限制了传统光催化剂的应用。因此,设计和开发新型高效的光催化剂是解决其应用问题的关键。最常用的方法包括离子掺杂、异质结构构造、晶体工程等。然而,传统的掺杂方法会带来新的问题,例如稳定性差,并且容易产生新的杂质。异质结的构建可以通过引入新的界面并在两种材料的界面之间形成内置电场,有效地提高电荷分离效率并抑制电子-空穴对复合;因此,光催化异质结被认为是克服这些问题并提高光催化性能的有效途径。近年hepatolenticular degeneration来,在异质结基础上发展起来的同质结显示出更显著的优势,并得到了广泛的研究。锰元素具有很多独特的性能,它存量大,是地壳中存量第十的元素;具有多价态(Mn~(2+)、Mn~(3+)和Mn~(4+))。Mn的结构特性和大表面积赋予其强氧化性Z-VAD-FMK半抑制浓度和吸附能力;除此之外,还有耐酸性,低毒性,高生物相容性等等优秀性能。这使其成为一种前景广阔、用途广泛的功能纳米材料。二氧化锰(Mn O_2)是锰的四价氧化物,作为一种传统的高效催化剂,其具有强的光吸收能力和优异的光转换能力,因而被广泛应用于环境消毒、废水处理、电化学储能、生物医学应用等方面。但是也存在一些问题,比如光吸收范围窄,带隙过宽,光生电子能力较弱等。因此,基于二氧化锰基的光催化剂设计主要为了解决这些问题。通过构建异质结是提升二氧化锰的光电转化能力的主流手段,但是关于二氧化锰基同质结的设计还鲜有报道.众所周知,二氧化锰(Mn O_2)是一种多晶型氧化物,具有丰富的晶相,包括α-、β-、γ-、ε-、和λ-Mn O_2,它们以不同的方式由[Mn O_6]八面体单元组成。不同晶型的二氧化锰催化性能也不同,但是二氧化锰晶相同质结还未有报道。综上所述,本文通过简单可行的分步水热法制备二氧化锰同质结,赋予其更强的红光吸收能力,从而实现短时间内的快速升温和活性氧生成能力。接下来,再进一步利用晶面工程的方法对同质结做改性处理。选择合适的反应温度和反应时间,借助合适的晶面封端剂,让高反应活性晶面暴露出来,进一步提升界面处电子转移能力。最后,利用其优异的光催化性能进行体外光谱杀菌实验,并且用于快速治疗伤口处的细菌感染。本研究论文具体分为以下三个部分:1.普通二氧化锰同质结的构建及光热光动能力测试利用分步水热法,让二氧化锰两种晶相原位生长结合,形成二氧化锰同质结。利用XRD、Raman分析晶型结构,再利用TEM分析界面处的组成。接下来通过660 nm激光照射,检测材料在20分钟内的升温情况,以及利用DCFH-DA探针检测活性氧生成能力,最后利用这种二氧化锰同质结进行光照下的体外抗菌实验。2.高指数晶面二氧化锰同质结构建及光催化性能机理研究在第一节的基础上,对二氧化锰同质结进行二次改性。晶面工程中关于设计高活性反应面的确认细节方法适用于材料的再设计。我们选取合适的封端剂,为了使高反应活性的高指数晶面暴露在界面处。与普通同质结相比,五分钟内可以有三度以上的升温差,活性氧生成量达到了成倍成长,光电流强度也显著增强。DFT证实了能带的移动以及界面处更加快速和激烈的电子流动情况,这解释了光催化性能提高的原因。3.二氧化锰同质结光响应杀菌及抗菌机理探究进行材料改性设计的最终目的是为了进行生物医疗应用,即实现材料的快速光照杀菌。相较于单相二氧化锰,两种二氧化锰同质结均有更好的杀菌效果,尤其是高指数晶面二氧化锰同质结可以实现体外20分钟内99%以上的杀菌效果(金黄色葡萄球菌和大肠杆菌)。小鼠伤口感染模型中,治疗后10天小鼠伤口实现完全愈合。研究发现是因为热和活性氧造成了细菌的破裂,进一步造成蛋白质的损耗和ATP的失活,从而完全杀灭细菌。综上,利用二氧化锰同质结是一种高效可靠的杀菌策略。