船底和海上设施一旦长满藤壶、海藻和生物膜，阻力增加、油耗上升、腐蚀加快，这就是困扰航运和海洋工程多年的生物污损。11月3日，中国科学院海洋研究所发布消息，极端环境腐蚀与防护技术研究组研发出一种可见光响应的光催化防污材料：在真实海水中挂板60天后，最优涂层表面始终保持光洁，几乎没有宏观污损生物附着。相关成果发表于国际期刊Separation and Purification Technology。

为什么要找新办法

传统的有机锡防污剂已被全球禁用，目前常用的氧化亚铜类涂层，生态风险也越来越受关注。光催化防污是一条替代路线：半导体材料在光照下产生活性氧，把附着的微生物灭活，不依赖向海水释放毒剂。

据海洋所介绍，这条路线普遍卡在三个问题上：可见光响应弱、光生载流子复合快、缺少真实海洋环境中的防污验证。

咖啡渣派上用场

研究团队用废弃咖啡渣作为生物模板，先制备出具有三维连通多孔结构的泡沫状二氧化铈，再通过共沉淀—煅烧的方法，在其表面原位生长锌氧硫化物纳米颗粒，构建出一种三维泡沫结构的二氧化铈/锌氧硫化物异质结，属于n-n型II类异质结。

图1：二氧化铈/锌氧硫化物异质结的合成路线示意图，左为咖啡提取物辅助合成泡沫状二氧化铈，右为原位构建异质结。图片来源：中国科学院海洋研究所

多孔骨架提供了大量反应活性位点，也为异质结界面调控提供了支撑。团队通过调整锌源与硫源的投料比，筛选出性能最好的样品。海洋所称，整个制备过程绿色简便，具备规模化潜力。

“异质结”可以简单理解为把两种半导体紧紧贴在一起。单一材料受光激发后，产生的电子和空穴很容易又“撞”回去复合，能量白白浪费；两种能带位置错开的材料接在一起，电子和空穴会被分别推向两边，存活时间更长，就有更多机会生成活性氧去攻击细菌。海洋所表示，这项研究也揭示了异质结中的电荷调控机制。

杀菌和挂板结果

实验显示，在可见光照射下，优化后的异质结样品只需12小时，对铜绿假单胞菌和金黄色葡萄球菌的灭活率就接近100%，明显优于两种单组分材料。荧光染色图像显示，细菌细胞膜严重破损，活细胞信号很弱。

更有说服力的是实海挂板。在长达60天的真实海水试验中，空白对照板出现严重腐蚀和污损，只含单一组分的涂层也长出了明显的生物膜和大型污损生物，而最优异质结涂层几乎没有宏观污损附着。

图2：不同添加组分涂层在真实海水中60天试验的宏观照片。图片来源：中国科学院海洋研究所

还有哪些未知

60天对实验室研究来说已经不短，但船舶防污涂层通常要求以年计的服役寿命。光催化依赖光照，船底、深水结构等光线弱的部位效果如何，也需要单独验证。海洋所表示，团队下一步将优化材料组分与涂层配方，开展更长周期的实海服役考核和生态安全性评估。

论文信息

论文第一作者为海洋所博士研究生张仕珺，通讯作者为张瑞永研究员和张鑫特别研究助理。相关制备方法已申请专利（CN202411687391.9）。研究得到国家重点研发计划、中国博士后科学基金和山东省博士后创新项目等资助。

参考信息源

• 中国科学院海洋研究所：《海洋所在绿色海洋防污防腐涂层研究方面取得新进展》（2026年11月3日）
• Zhang S. et al. Designing a 0D/3D foamy CeO2/(ZnOxSy)n heterojunction for visible-light photocatalytic antibacterial and marine antifouling applications. Separation and Purification Technology, 2026, 419: 140319

引用链接

• 中国科学院海洋研究所 | https://qdio.cas.cn/2019Ver/News/kyjz/202611/t20261103_8302095.html
• 论文DOI | https://doi.org/10.1016/j.seppur.2026.140319