2026年10月，环境化学与环境毒理全国重点实验室谭志强课题组在二维半导体界面光化学研究方面取得新进展。相关研究成果以“Molecular Weight of Photoactive Macromolecules Governs the Interfacial Photochemistry of Few-Layer Black Phosphorus”为题，发表于《ACS Nano》（DOI: 10.1021/acsnano.6c14515）。

二维半导体在水环境中的光化学行为，传统上主要由活性氧（ROS）的生成-消耗平衡主导。天然及工程水环境中普遍存在的溶解性有机质（DOM）可通过非共价作用和共价键合与纳米材料表面结合，调控ROS的生成与消耗。但对于DOM的分子量异质性如何塑造其与二维半导体的界面相互作用，长期缺乏系统认知。阐明该规律是精准预测二维半导体复杂水环境光化学归趋的核心前提。

针对这一科学问题，研究团队以薄层黑磷（FLBP）和分子量分级的富里酸（Mf-FA）为模型体系，在线联用中空纤维流场流分离系统与电感耦合等离子体质谱（HF5-ICP-MS）实现FLBP光化学过程的厚度分级与定量追踪。同时结合三维荧光光谱平行因子分析（EEM-PARAFAC）、同步荧光二维相关分析（2D-COS）追踪界面反应中非吸附相Mf-FA的荧光性质演化，辅以超高分辨质谱（FT-ICR-MS）进行分子级的组成表征。

研究鉴别出三种分子量依赖的界面作用模式：低分子量Mf-FA（<3 kDa）作为自由扩散的¹O₂光敏剂，可持续光敏化生成¹O₂促进FLBP降解，而自身组成基本稳定；中分子量Mf-FA（3–10 kDa）在辐照下增强表面吸附，向界面递送ROS并逐渐屏蔽活性位点；高分子量Mf-FA（>100 kDa）发生FLBP介导的光致解聚，选择性释放脂肪族碎片，在FLBP表面保留稠合芳香结构以维持界面ROS生成。这表明FLBP可通过优先吸附易光解的组分与介导大分子解聚重塑界面化学环境。光催化实验进一步表明，表面位点阻塞的作用超过FA补充ROS的贡献。

图. 分子量依赖的界面光化学途径调控辐照下FLBP与FA的相互作用

该研究为预测二维半导体环境归趋、设计稳健的光催化系统提供了重要科学依据，也为深化纳米材料-天然大分子界面相互作用的认知开辟了新视角，可进一步扩展至更多二维半导体与天然DOM体系。

该论文第一作者为中国科学院生态环境研究中心博士生吴章国，中国科学院生态环境研究中心谭志强研究员、西湖大学徐宇曦研究员为共同通讯作者。研究得到了国家自然科学基金委面上项目、北京市自然科学基金、环境化学与环境毒理全国重点实验室提升原始创新能力平台项目等项目的支持。