一直以来,由细菌、病毒等病原体引发的传染性疾病对人类生存造成重大威胁。抗生素疗法成为治疗常见细菌感染病的有效方法。然而,由于抗生素的不当使用,细菌菌株发生基因突变产生耐药性进而严重危害公共卫生安全。佩戴医用外科口罩能够有效减少细菌病原体的空气传播,但由于其不具备自清洁能力易造成二次污染,且使用寿命短不利于绿色环保。因此开发一种用于解决细菌耐药性,同时具备优异灭菌效果和超长使用寿命的抗菌防护设备是现阶段研究热点。光催化灭菌是一种绿色稳定的灭菌技术有望代替抗生素治疗细菌感染性疾病,其中半导体作为核心组成部分具有重要研究意义。传统的TiO2半导体材料具有优异的光响应和良好的稳定性,但存在禁带宽度宽,光活性范围窄,光生载流子易迅速复合等问题,致使光催化活性差。本文利用氧空位工程调控技术,制备具有优异光学特性及电子结构的黑色TiO2-x纳米线(B-TiO2-xNWs)作为新型光活性材料,并创新性结合光催化及电催化法构建新型光电协同灭菌平台,实现了对大肠杆菌高效灭活。此外,B-TiO2-xNWs能够进一步设计成具有优异抗菌活性的便携式防疫口罩,与离子液体[BMIM][Cl]涂层结合能够极大地增强其可重复使用性和稳定性。该新型光电协同灭菌平台在治疗细菌感染疾病并阻碍病原体传播方面具有潜在应用。本论文的研究工作主要由以下三个部分组成:第一章绪论本章介绍了治疗细菌感染病的研究背景及新型治疗技术,简述光电化学原理及应用领域,综述了黑色二氧化钛材料的发展现状及研究进展。第二章基于合理设计的黑色TiO2-x纳米线构建高效灭活细菌光电化学抗菌平台光催化疗法具有高效、稳定和绿色的特点,有望替代抗生素治疗耐药细菌感染性疾病。然而,光催化剂的低量子效率极大制约了光催化治疗效果。因此,本章合理设计并制备具有高浓度氧缺陷的黑色TiO2-x纳米线,并协同光催化和电催化作用构建光电化学（PEC）治疗平台。B-TiO2-xNWs具有禁带宽度窄,光响应范围宽,光生电子空穴对的分离速率高等特点,能够促进活性氧（ROS）的产生,协同光电化学作用可在20 min内使90%以上细菌失活,为传统光催化疗法抗菌效率的10倍。此外,该方法具有广谱抗菌性和一定的稳定性,可用于制备自清洁光电灭菌口罩,在细菌病原体的空气传播过程中为人体提供重要保护。第三章具有光电抑菌活性及长期稳定性[BMIM][Cl]/黑色TiO2-xNWs复合材料PEC灭菌性能研究提升工作电压有利于进一步提高B-TiO2-x的光电灭菌效率。但施加较高的电极电压易破坏光电极内部电子结构,氧空位浓度严重下降进而导致杀菌效果降低,可重复使用性下降。本章提出将离子液体[BMIM][Cl]与B-TiO2-x配位结合制备具有优异PEC灭菌活性且长期稳定性[BMIM][Cl]/黑色TiO2-xNWs复合材料。离子液体涂层能够加速半导体界面的电荷转移,促进光生电子-空穴对快速分离,进而显著增强材料的光电活性。制备得到的复合材料可在10秒内灭活99%大肠杆菌,展现出高PEC抑菌效率。此外,[BMIM][Cl]为B-TiO2-xNWs提供具有宽电化学窗口且高稳定性的保护层,使其保持良好的光学性质及电子结构,并进一步延长使用寿命,有效拓宽实际应用范围。