Rapid inactivation of droplet-transmitted microorganisms using silver-single-atom photocatalysts impregnated masks under weak solar irradiation

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作者
Jian Wang,Yang Li,Dahong Huang,Runzi Cao,Xinjie Wang,Jian Zhao,John C. Crittenden
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:483: 149309-149309 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.149309
摘要

Pathogenic microorganisms in the droplets/aerosols pose serious threats to human health, whereas existing masks can only separate but not inactivate them. Incorporating single-atom photocatalysts (SAPCs) into masks is a viable solution, but reported SAPCs with low single-atom loadings are inadequate for rapid solar disinfection. Here, up to 11.7 wt% Ag was loaded as the single atom on metal–organic frameworks (ZIF-8-NH2) substrate (Ag1/ZIF) via a spatial confinement strategy-assisted photochemical reduction method. The bactericidal performance of Ag1/ZIF in water is over 2500 times higher than that of the Ag nanoparticle counterpart, which is attributed to the fact that the high-loading Ag1 facilitates light harvesting, electron-hole pairs separation, lifetime prolongation of photogenerated charge carriers, and enhancement of the •OH generation concentration. We reveal that reduced metabolism and cellular damage by •OH and e− are responsible for disinfection through transcriptomic analysis. Ag1/ZIF incorporated new masks rapidly inactivate 99.98 % of Escherichia coli, 99.56 % of Staphylococcus aureus and over 99.99 % of virus MS2 within 5 min under only 0.11 sun (low light intensity at 4:00 pm in winter), conferring excellent self-sterilization capability to the mask. Moreover, an aerosols disinfection device with Ag1/ZIF nonwoven as the core demonstrates nearly 100 % bactericidal efficiency. This work provides a feasible methodology towards high-loading SAPCs for scalable antimicrobial applications in air/water.
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