近日，中国科学院海洋研究所极端环境腐蚀与防护技术研究组在绿色海洋防污防腐涂层研究方面取得新进展。研究团队研发出一种新型可见光响应光催化防污材料，在可见光下实现高效广谱杀菌，并在真实海水中展现出优异的防污性能。相关成果发表于国际期刊Separation and Purification Technology。

海洋生物污损是船舶与海洋工程装备面临的长期难题。传统有机锡防污剂已被全球禁用，氧化亚铜类涂层的生态风险日益凸显，发展环境友好、长效稳定的绿色防污技术迫在眉睫。光催化防污利用半导体材料在光照下产生活性氧（ROS）灭活微生物，是极具前景的替代路线之一，但现有光催化材料普遍受限于可见光响应弱、载流子复合快、实海防污验证不足三大瓶颈。

针对上述瓶颈，研究团队以废弃咖啡渣为生物模板，先制备出具有三维连通多孔结构的泡沫状二氧化铈，再通过共沉淀—煅烧法在其表面原位生长锌氧硫化物纳米颗粒，理性构建出一种具有三维泡沫结构的二氧化铈/锌氧硫化物，其为n-n型II类异质结光催化材料。该多孔骨架不仅提供了丰富的反应活性位点，还为异质结界面调控提供了理想支撑；通过调控锌源与硫源投料比，最终筛选出性能最优的异质结样品。整个制备过程绿色简便、可规模化，符合绿色化学理念。

图1 二氧化铈/锌氧硫化物异质结的合成路线示意图

（Part A：咖啡提取物辅助绿色合成泡沫状二氧化铈；Part B：原位构建二氧化铈/锌氧硫化物异质结）

实验结果表明，在可见光照射下，优化后的异质结样品仅需12小时，对铜绿假单胞菌和金黄色葡萄球菌的灭活率即接近100%，效果明显优于两种单组分材料；荧光染色图像显示，细菌细胞膜已严重破损，活细胞信号极弱。更关键的是，在长达60天的真实海水挂板实验中，空白对照板表面出现严重腐蚀和污损，单组分材料涂层也形成了明显生物膜和大型污损生物附着，而最优异质结涂层始终保持光洁、几乎没有宏观污损附着，展现出卓越的实海防污性能。

图2 不同添加组分涂层在真实海水中60天试验的宏观照片

该工作将废弃咖啡渣的绿色利用与异质结界面工程有机结合，开发了一种可见光响应强、抗菌效率高、环境相容性好的新型海洋防污光催化材料。研究不仅揭示了异质结的电荷调控机制，更为设计下一代高效、绿色、可规模化的海洋防污涂层提供了新的思路和实验依据。后续团队将进一步优化材料组分与涂层配方，开展更长周期的实海服役考核与生态安全性评估，推动光催化防污技术从实验室走向实际海洋工程应用。

论文第一作者为中国科学院海洋研究所博士研究生张仕珺，通讯作者为中国科学院海洋研究所张瑞永研究员、张鑫特别研究助理。该研究得到了国家重点研发计划项目、中国博士后科学基金、山东省博士后创新项目等联合资助。

论文专利信息：

Shijun Zhang, Zhao Hu, Sikandar Khan, Zesheng Zhang, Chengpeng Li, Xiao Wang, Xin Zhang*, Ruiyong Zhang*, Lei Wang, Srdjan Stankovic, Wolfgang Sand, Jizhou Duan, Baorong Hou. Designing a 0D/3D foamy CeO₂/(ZnO_xS_y)_n heterojunction for visible-light photocatalytic antibacterial and marine antifouling applications. Separation and Purification Technology, 2026, 419: 140319.DOI: 10.1016/j.seppur.2026.140319

张瑞永. 一种用于光催化杀菌的泡沫状氧化铈制备方法: CN202411687391. 9[P]. 2025-02-25.