新型光催化材料構築室內健康環境

◎記者 孫 瑜

　　近日，長三角地區首列舒適型旅游列車“長三角之星”從上海鳴笛首發，近200名游客開啟為期18天的新疆之旅。

　　這趟列車的主要乘客是老年群體。“老年人身體免疫力比較弱，而列車又是人流量大、較封閉的環境。優化車廂空氣質量、提升車廂潔凈品質，成為守護游客旅途健康的關鍵。”中鐵上海設計院集團有限公司（以下簡稱“中鐵上海院”）健康環境研究院院長李薇告訴科技日報記者，他們在發車前夕為列車進行了光催化分散液噴塗作業，大幅優化了空氣環境質量，為室內健康環境築牢技術屏障。

　　近年來，中鐵上海院聚焦新材料賽道，聯合浙江理工大學等高校團隊研發了室內健康環境治理“黑科技”——核殼結構二氧化鈦新型光催化材料（以下簡稱“新型光催化材料”）。目前該材料已在復興號動車組、上海鐵路大廈及多個住宅項目中成功落地應用。

　　光催化材料是一種以納米級二氧化鈦為代表、具有光催化功能的半導體材料，素有“凈化神器”之稱。“從1972年開始，國際科學界就已經認識到光催化二氧化鈦材料具有強烈的降解有機物的能力，能夠降解絕大多數細菌病毒所需要的有機養分，它的物理化學性能極其穩定，自身不分解且對人體無毒無害。”新型光催化材料核心技術負責人、浙江理工大學教授王晟説。

　　但光催化材料産業化長期面臨着兩大難題：一是該材料僅能在紫外光波段下發揮凈化功效，難以長期適配軌道交通車廂、大型辦公空間等多元場景的實際應用需求；二是缺乏合適的有機載體，難以大範圍走進百姓生活。

　　此次研發的新型光催化材料成功破解了這兩大難題，為光催化材料開出了室內環境應用的“科技良方”。

　　核心創新亮點在於形似“籠中鳥”的結構。“二氧化鈦好比‘飛鳥’，其外圍構築了多孔二氧化硅包覆層形成的核殼‘鳥籠’，氣態污染物分子通過殼層小孔被吸入內部，與光催化材料接觸後分解為二氧化碳和水，最終通過小孔釋放實現凈化循環。”王晟説，這一納米量級的特殊核殼結構，不僅為材料載體築起“防護盾”，有效抵禦光腐蝕、提升材料穩定性，更實現了光催化應用從紫外光到可見光的關鍵跨越，成功打破傳統光催化材料的應用局限。

　　新型光催化材料還能在紡織品、薄膜等有機柔性載體上附着。“這意味着‘籠中鳥’的特殊結構可使材料在分解有機污染物的同時，不會造成有機載體腐蝕，從而拓寬了材料應用範圍，比如做成抗菌T恤、襪子，家用電器濾芯等。”王晟説。

　　在李薇看來，新型光催化材料具有廣闊的應用前景。“近年來，中國鐵建培育壯大戰略性新興産業，中鐵上海院聚焦健康人居新材料研發領域，為企業培育新質生産力、實現高質量發展持續注入新動能。”李薇坦言，從高鐵車廂的密閉空間到大型寫字樓的中央空調系統，從醫院病房的抗菌需求到家庭住宅的除醛訴求，新型光催化材料應用場景廣泛，契合建築業綠色化發展的需要，也支撐了健康服務産業發展。

　　為加速促進新型光催化材料技術攻關和成果轉化，2024年底，浙江理工大學與中鐵上海院合作共建空間凈化新材料研發中心。面對新型光催化材料産業化路上工藝優化、成本控制、批量生産等一道道“攔路虎”，研發團隊以“磨”字訣攻堅克難，用時1年完成核心産品“光催化空氣凈化裝置”的定型與示範應用。此後，團隊又將新型光催化材料應用在建築裝飾材料、健康紡織品、功能性照明産品上，有效提升了各類終端産品的凈化性能。

　　據介紹，新型光催化材料在首趟“長三角之星”旅游列車、“長三角號”援疆銀發旅游專列的臥具上應用，水洗50次後抗菌率穩定保持99%；應用在住宅樣板間上，室內甲醛濃度穩定低於國標限值。

　　“未來，我們還將持續優化升級新型光催化材料，提高可見光利用率，降低負載工藝成本並拓展産品矩陣，開發‘光催化+智慧化’的智慧空氣治理系統，持續推動行業標準建設，讓好技術真正走進千家萬戶。”李薇説。