随着抗生素耐药性的不断增加，抗药性细菌对公共健康构成了严重威胁，迫切需要发展新的抗菌策略。近年来，基于反应性氧种（ROS）产生的抗菌策略成为研究热点，因为其能够有效灭活细菌病原体。金属有机框架（MOFs）因其高孔隙率、丰富的可调节位点和灵活的功能性，作为一种新型材料，表现出了在有机物氧化方面的优异性能，吸引了广泛的关注。与传统材料相比，MOFs具备更好的环境兼容性、更低的毒性、更大的结构多样性和可调性，且可以与其他功能如选择性吸附和传感等结合。然而，MOFs在实际应用中仍面临一些挑战，如抗菌活性的持续性和在温度变化下的催化稳定性等问题。
鉴于此，台湾大学Dun-Yen Kang、Zong-Hong Lin教授等人携手在Science Advances期刊上发表了题为“Metal-organic frameworks as thermocatalysts for hydrogen peroxide generation and environmental antibacterial applications”的最新论文。
该团队通过设计和制备了ZIF-8基MOF材料，并将其涂覆于碳纤维布（CFF）表面，成功实现了热催化生成H2O2并展现出卓越的抗菌性能。通过在模拟实际条件下使用室内温差，该团队的MOF涂层过滤材料在低温变化周期中成功产生H2O2，并显示出长期的抗菌效果，超过一个月的持续抗菌性能，显著提高了材料的应用价值。
此外，团队通过详细的结构和物理化学表征，对ZIF-8的热电性能和热催化机制进行了系统的实验验证，揭示了温差引起的电荷分离和电压生成机制。与传统热电材料（如铋碲Bi2Te3、二氧化钛TiO₂和氧化铈CeO₂）相比，MOFs作为热催化剂不仅具备低毒性和较好的环境兼容性，还能通过其独特的结构多样性和功能可调性优化催化性能，具有更广阔的应用前景。
（1）实验首次利用金属有机框架（MOF）材料ZIF-8作为热催化剂，成功实现了在低温条件下通过温差生成H2O2，并展示了其显著的抗菌性能。
（2）实验通过将ZIF-8纳米粒子涂覆在碳纤维织物（CFF）上，构建了一个热催化过滤器，模拟了现实环境中的温度差异，成功实现了H2O2的原位生成，并显示出对多药耐药菌株（如大肠杆菌和金黄色葡萄球菌）的抗菌活性。
（3）实验通过对ZIF-8的结构和热电性能的表征，揭示了其在热催化过程中通过温差诱导电荷分离和电压生成的机制，进一步证实了其在H2O2生成中的重要作用。
（4）实验通过与其他金属有机框架（MOF）材料的比较，表明ZIF-8在热催化效率和抗菌效果方面具有明显优势，尤其在低温条件下的反复循环使用中，ZIF-8仍能维持高效的抗菌性能。
图1. 使用ZIF-8涂层CFF的热催化H2O2生成。
图4. ZIF-8与其他MOFs的热催化效率比较。
图7. 抗菌过滤系统的实施及其重复使用潜力的评估。
在研究的MOFs中，ZIF-8因其最佳的能带结构和较低的功函数（3.938 eV）展现了最高的热催化效率。ZIF-8纳米颗粒（NPs）被涂覆在碳纤维布（CFF）上，制成抗菌滤膜，通过温度循环实现了对大肠杆菌（E. coli）和金黄色葡萄球菌（S. aureus）高达96%的灭活效果。ZIF-8@CFF滤膜在不同温度条件下，经过30天的操作，保持了稳定的H2O2生成和抗菌性能。
这一创新性使用MOF热催化剂利用普遍存在的温度波动，开辟了能源高效催化、消毒技术和环境修复应用的潜在机会。研究结果突显了低温源驱动的热电催化过程的巨大潜力。该开创性工作揭示了MOF热催化剂在环保和节能催化过程中的巨大潜力。
未来的研究应探索MOF设计策略，以进一步提升热催化性能。与可穿戴热电技术的结合，可以实现自供能抗菌纺织品的开发。除了消毒，MOF基热催化剂还在利用普遍存在的温差方面展示了多种应用前景，如水处理、化学合成和能量转换等领域。
Arnab Pal et al. ,Metal-organic frameworks as thermocatalysts for hydrogen peroxide generation and environmental antibacterial applications.Sci. Adv.11,eads4711(2025).
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