作者Qianqian Guo及其团队所在机构为昆明理工大学科学学院，通信作者为Bin Zhang，该研究成果发表于《Separation and Purification Technology》期刊，文章编号为353 (2025) 128448，在线发布日期为2024年6月15日。本文是一项围绕抗菌CeO2/Fe2O3纳米材料构建及其酶样活性与作用机制研究的原创科研工作。本研究综合运用多种实验手段，提出了一种具有高效抗菌性能的新型复合纳米材料，为抗菌材料领域提供了新的洞见。
细菌感染是威胁人类健康的重要问题，据统计，仅2019年全球因细菌感染死亡的人数高达770万，占总死亡人数的13.6%。尤其是金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus，简称S. aureus）和大肠杆菌（Escherichia coli，简称E. coli）引发的侵害最为严重。目前，抗菌材料已成为该领域的研究热点，特别是无机抗菌材料因其稳定性、高效性、低毒性及长效性，在抗菌领域优于传统抗菌剂。然而，无机抗菌材料普遍存在制备工艺复杂、高成本以及安全性风险等问题。
近年来，酶样活性纳米材料（Nanozyme）被《国际纯粹与应用化学联盟》（IUPAC）评为2022年十大化学新兴技术之一，被视为一种有潜力的抗细菌感染技术。这类材料因其易于制备、原料广泛、活性可控而备受关注，特别是过氧化物酶模拟（Peroxidase-like enzyme，简称POD）活性在广谱抗菌性能和抑制生物膜形成方面表现突出。针对传统CeO2抗菌性能不理想的问题，本文结合铁离子（Fe）的引入，用于提高复合材料酶样活性及抗菌效果。
本研究的工作流程细化为以下几个步骤，包括材料合成与表征、抗菌性能评估、酶活性分析及水处理循环应用等。
1. 材料合成： 研究通过水热法制备了CeO2/Fe2O3纳米复合材料，以Ce(NO3)3⋅6H2O和Fe(NO3)3⋅9H2O分别为镧系元素Ce和铁（Fe）的来源，配加尿素。在高压聚四氟乙烯反应器中，反应条件设定为120℃，12小时。得到的前驱体通过洗涤、过滤、干燥及煅烧（300℃，2小时）获得复合材料。
2. 材料表征： 采用SEM观察材料微观形貌，EDS分析成分分布，XRD检测晶体结构，XPS分析化学价态分布。通过光学分析探究复合材料的光吸收特性并计算能带宽度，研究发现Fe的引入形成了异质结构，显著降低了材料的能带宽度（从2.9 eV降至1.77 eV）。
3. 抗菌性能测试： 利用平板涂布计数法，分别以E. coli和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（Methicillin-Resistant Staphylococcus aureus，简称MRSA）为模型菌，验证材料的抗菌效果。材料的作用浓度范围设定为100–500 μg/ml，结果表明，CeO2/Fe2O3复合材料在500 μg/ml浓度下对E. coli的抗菌率达到96.21%，在添加H2O2后抗菌率进一步提升至99.9%。
4. 酶活性评估： 通过UV-Vis光谱法研究复合材料的POD酶样活性，结果表明在pH = 3.6条件下材料酶活性最佳，且ROS（活性氧类物质）的生成显著增强，从而赋予材料高效抗菌能力。
5. 水处理中试实验： 研究采集昆明滇池湖水，并利用复合材料进行循环抗菌处理，评估其对实际水体中微生物的抑制效果。结果表明，在5天循环实验中，材料的抗菌效率保持在99%以上，表现出卓越的抗菌稳定性和应用潜力。
材料物理化学性质：SEM显示复合材料呈现明显的梭形结构，Fe的引入导致颗粒尺寸均匀减小；XRD图谱证实复合材料形成不规则无定形结构；XPS分析表明，复合材料中Ce以Ce(III)和Ce(IV)混合价态存在，其中Ce(IV)比例从69.59%升至72.39%，Fe的引入增强了此氧化还原循环能力。
抗菌性能与机制：
水处理性能： 复合材料在实际水处理应用中对细菌具有显著的抑制作用，其高效性和稳定性在5天循环实验中无明显衰减，表明该材料具有拓展至更大规模环境治理的潜力。
本文创新性地开发了一种酶样抗菌CeO2/Fe2O3复合材料，并通过水热法实现合成。通过系统表征和性能评估，研究明确了Fe的引入对复合材料POD酶活性增强的作用机制，显著提升了材料的抗菌效率，特别是在加入H2O2后达到近乎100%的抗菌率。该材料在循环水处理中的稳定性和有效性也表明其在工业污水治理及微生物污染控制方面具有重要应用前景。
这项研究通过CeO2与Fe2O3复合实现了优异的酶样抗菌性能，不仅为抗菌材料的发展提供了新的科学依据，也在水体治理应用中展现了重要潜力，为未来工业化应用奠定了坚实基础。