抗生素在環(huán)境中殘留會(huì)給人類健康帶來(lái)危害，而在許多抗生素中，包括青霉素、阿莫西林、頭孢氨芐等在內(nèi)的β-內(nèi)酰胺類抗生素用量占比約為70%。圍繞水中β-內(nèi)酰胺類抗生素的降解難題，近日，中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所研究員馬萬(wàn)紅及合作者發(fā)現(xiàn)一種新型光催化體系，能夠高效、高選擇性地分解β-內(nèi)酰胺類抗生素分子，并完全脫羧。相關(guān)研究成果發(fā)表于美國(guó)《國(guó)家科學(xué)院院刊》。

據(jù)了解，受抗生素分子本身固有的抗菌活性影響，目前常用的生物降解方法處理效率普遍偏低。β-內(nèi)酰胺類抗生素的生物活性主要來(lái)源于β-內(nèi)酰胺四元環(huán)，如何實(shí)現(xiàn)β-內(nèi)酰胺四元環(huán)的經(jīng)濟(jì)、高效降解是亟待解決的難題。

最新研究中，研究人員利用過(guò)渡金屬離子錨定在共價(jià)有機(jī)框架材料（COFs）上，制備了路易斯（Lewis）酸復(fù)合光催化劑，發(fā)展出一種新型光催化開(kāi)環(huán)-脫羧體系。

研究人員介紹，作為一類常見(jiàn)的均相Lewis酸催化劑，Cu2+、Zn2+等過(guò)渡金屬離子可催化酰胺鍵、酯鍵的水解反應(yīng)，但由于常溫下水解效率低，實(shí)際運(yùn)行中很難通過(guò)加熱龐大的污/廢水體系來(lái)消除微量抗生素污染物。

針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，馬萬(wàn)紅團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，將Cu2+錨定在帶有聯(lián)吡啶基團(tuán)的COF材料上，既可保證Cu2+的Lewis酸的催化特性，又拓展了COFs材料在可見(jiàn)光區(qū)的光熱轉(zhuǎn)化效應(yīng)，將有限的熱能最大限度集中在Cu2+催化位點(diǎn)上。可見(jiàn)光照射1分鐘即可在氣/固條件下將Cu2+位點(diǎn)從室溫上升到211攝氏度以上。

這一催化體系在常溫水介質(zhì)中可將催化位點(diǎn)的局域溫度升高到60攝氏度，提高了β-內(nèi)酰胺鍵催化分解速率。實(shí)驗(yàn)顯示，光照射10分鐘即可完成幾乎所有的β-內(nèi)酰胺類抗生素的開(kāi)環(huán)分解，速率比暗反應(yīng)提高了24倍。

該團(tuán)隊(duì)表示，與傳統(tǒng)的氧化礦化為主的降解路徑不同，該催化體系有效避免了水中共存溶解性有機(jī)/無(wú)機(jī)物的干擾，分解產(chǎn)物的可生化性顯著提高，可以并入傳統(tǒng)生化處理系統(tǒng)中。同時(shí)，與傳統(tǒng)的均相Lewis酸催化相比，該體系的開(kāi)環(huán)分解產(chǎn)物是全脫羧的，具有更低的致畸、致癌以及內(nèi)分泌干擾等毒性。

中國(guó)科學(xué)報(bào)訊（記者甘曉）

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