致病性微生物是人类健康的重大威胁之一。传统消毒技术如氯消毒和紫外线辐照广泛用于病原体灭活，但它们常伴随消毒副产物生成和高能源消耗等问题。

电化学消毒技术因其高效环保，成为传统方法的有效替代方案。该技术主要依靠高压脉冲电场和电催化产生高氧化性自由基，但通常需要高电压或大量气体供应，这限制了其实际应用。

近日，青岛大学的许元红教授、孙童教授提出了一种创新的原位电催化消毒策略，通过氧化铜纳米线衍生的尖端增强效应，促进OH^-在阴极区的聚集，形成高碱性局部微环境用于灭菌。该方式能够在3分钟内灭活10⁷ CFU/mL的大肠杆菌，同时对空气细菌也有良好的灭菌效果。

在-12 mA恒定电流和较低电极电位（-0.5 V vs. RHE）条件下，CuO NWs成功在中性电解质中构建了局部碱性微环境。研究表明，其能够在析氢反应（HER）过程中吸附水合氢离子（H₃O⁺），显著提升电极/溶液界面处的氢氧根离子（OH⁻）浓度，形成明显的OH⁻浓度梯度，有利于构建局部碱性微环境。

同时，扫描电化学显微镜 (SECM) 和有限元分析 (FEA) 表明，尖端结构产生的增强效应显著促进了阴极周围OH10px 0%;text-align: left;justify-content: flex-start;display: flex;flex-flow: row;width: 100%;border-style: solid;border-width: 10px 1px 1px;border-color: rgb(17, 92, 54);padding: 0px;align-self: flex-start; box-sizing: border-box; "},"namespaceURI":"http://www.w3.org/1999/xhtml"},"para",{"tagName":"section","attributes":{"style":" text-align: justify;justify-content: flex-start;display: flex;flex-flow: row;width: 100%;padding: 23px;align-self: flex-start; box-sizing: border-box; "},"namespaceURI":"http://www.w3.org/1999/xhtml"},"para",{"tagName":"section","attributes":{"style":"font-size: 15px;width: 100%;box-sizing: border-box;"},"namespaceURI":"http://www.w3.org/1999/xhtml"},"para",{"tagName":"p","attributes":{"style":"white-space: normal;margin: 0px;padding: 0px;box-sizing: border-box;"},"namespaceURI":"http://www.w3.org/1999/xhtml"}]">⁻的快速富集，从而迅速在溶液中形成高碱性微环境。这种独特特征有效延长了高pH区域与细菌的接触时间，实现了高效的原位杀菌效果。

在这种高碱性微环境中，细菌细胞膜的跨膜质子运输被阻断，从而抑制表面质子（H⁺）合成ATP，破坏细菌呼吸链和膜完整性，导致细菌胞内内容物的释放，削弱细菌的抗氧化防御能力，促使其核酸降解、代谢失活，导致细菌死亡。这种方法能够快速灭活细菌，且对环境的影响较小，为广泛的灭菌应用提供了安全、可持续的解决方案。

Localized Alkaline Microenvironments Enhanced upon Tip Effects for Efficient Antibacterial Applications

Junrong Chen, Hao Liu, Yanjing Wang, Shang Wang, Yang-Yu Liu, Zhujun Fu, Hao Shi, Tong Sun, Yuanhong Xu

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202424067