新冠疫情凸显了个人防护装备（PPE）的重要性，但传统PPE缺乏杀菌和抗病毒功能，导致病毒在表面持续存在并引发交叉污染。因此，开发具有高效杀菌和抗病毒功能的新型PPE材料迫在眉睫。静电纺丝技术制备的纳米纤维膜因其高孔隙率和大比表面积，在空气过滤和催化领域备受关注，但光催化材料与纺织品结合时存在易脱落的问题，限制了其实际应用。团队针对上述问题开展了系列研究工作，为这一难题提供了创新解决方案。

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聚丙烯腈（PAN）作为一种耐候性强、成本低的材料，具有光催化活性，能够通过光吸收和自由基生成实现杀菌功能。通过将光催化材料封装在PAN纳米纤维中，可以解决材料脱落问题，同时增强光催化性能。这种新型复合材料有望开发出具有高效杀菌、抗病毒功能且耐久性强的PPE，但目前相关研究尚属空白。

李琦教授团队在近期的研究工作中发现，采用静电纺丝技术制造了Cu₂O@PAN复合光催化纳米纤维薄膜，其中Cu₂O纳米颗粒被PAN纳米纤维封装。由于它们相容的电子能带结构形成了典型的II型异质结，PAN和Cu₂O之间的异质结界面有效地增强了两种材料中光生载流子的解离，并促进了它们向PAN表面的运动，直接与外部环境接触产生光催化反应。

PAN纳米纤维为封装在其中的Cu₂O纳米颗粒提供了有效的保护，防止了它们在使用过程中的损失。Cu₂O@PAN复合光催化纳米纤维膜的光催化性能大大优于光催化 PAN 纳米纤维膜，其有效降解环境中常见的苯酚模型有机污染物，以及对食物中毒中常见的大肠杆菌 细菌模型病原体的优越消毒。

此外Cu₂O@PAN复合光催化纳米纤维薄膜表现出长期稳定性，并且由于PAN外壳保护阻止了它们与环境直接接触，因此没有发现Cu₂O氧化和铜离子泄漏。因此，这种材料有可能被制成各种类型的个人防护装备，旨在遏制呼吸道传染病的传播和传播。即使反复洗涤，这种 PPE 也可以在可见光照射下有效运行，并表现出卓越的耐用性和可重复使用性。

相关研究以“Creation of a composite photocatalytic nanofiber film of polyacrylonitrile encapsulated Cu2O nanoparticles for effective personal protective equipment application”为题在线发表于《Composites Part B: Engineering》。西南交通大学材料学院博士研究生黄宗和为论文第一作者，李琦教授为论文的通讯作者。该项工作得到了国家自然科学基金、四川省应用基础研究计划以及中央高校基本科研业务费科等项目的支持。

图1 Cu₂O和Cu₂O@PAN的电子显微形貌

图2 Cu₂O@PAN的XRD图谱及FTIR光谱

图3 Cu₂O@PAN中对应元素的XPS精细谱

图4 Cu₂O@PAN的光吸收性质及能带结构表征

图5 Cu₂O@PAN的光生载流子分离及转移行为

图6 Cu₂O@PAN光降解苯酚及其动力学模型

图7 Cu₂O@PAN的EPR自由基捕获实验

图8 市售口罩纤维膜/PAN/Cu₂O@PAN在可见光下的光催化杀灭大肠杆菌情况对比

利用PAN壳封装Cu₂O纳米颗粒，通过简单而稳定的静电纺丝工艺制备Cu₂O@PAN复合纳米纤维薄膜。与纯 PAN 纳米纤维薄膜相比，Cu₂O/PAN异质结由于其匹配的能带结构而促进了电荷载流子分离，从而诱导了更好的光响应行为，降低了界面电阻，改善了电荷传输，并随之显著增强了其光催化苯酚降解和大肠杆菌杀灭性能。

此外，PAN壳封装Cu₂O纳米颗粒为其提供了良好的保护效果，避免了Cu₂O纳米颗粒的损失和铜离子的泄漏，确保了Cu₂O@PAN复合纳米纤维薄膜的长期稳定性和耐久性。通过具有匹配能带结构的Cu₂O纳米颗粒的复合增强了PAN的光催化性能，并解决了先前报道的表面负载光催化剂的杀菌/抗病毒纺织品中长期存在的分离和耐久性差的问题。

因此，它显示出用作基于可见光激活光催化的 PPE 核心材料的实际潜力。由于PAN基的织物在纺织工业中的运用，这项工作开辟了一种新的方法来制造具有良好消毒能力、耐用性和可重复使用性的个人防护装备，适用于各种应用。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2025.112636