随着一次性口罩等个人防护装备（PPE）的大量使用，其不当处理带来的微塑料污染已成为全球性环境难题。医用口罩主要由聚丙烯（PP）等高分子材料构成，在光照、机械磨损及环境老化作用下可逐渐破碎形成微塑料，并进一步进入水体、土壤和大气环境。由于微塑料具有较大的比表面积，还可能富集有机污染物、病原微生物及重金属，对生态环境带来潜在风险。传统生物/化学降解、絮凝过滤和焚烧等方法则普遍面临处理周期长、效率有限、难以回收或可能产生二次污染等问题。光催化技术能够利用光能产生高活性氧化物种，实现聚合物链的氧化断裂，具有反应条件温和和能耗较低等优势。然而，对于口罩中相互交织的三维PP微纤维网络，传统光催化材料往往受限于固-液界面传质效率，难以主动进入纤维内部并与污染物形成充分、稳定的界面接触，因此催化效率受到明显限制。

图1 双引擎微米机器人降解微塑料并杀菌示意图

  针对这一挑战，华中科技大学瞿金平院士/牛冉研究员在前期围绕功能高分子复合材料设计及应用开展的系列研究基础上（PNAS 2026, 123(5), e2526773123; Energy Environ. Sci. 2025, 18, 10102-10111; Adv. Func. Mater. 2026, 36(48), e75707; Adv. Funct. Mater. 2025, 35(51), e09597; Adv. Sci. 2023, 10, 2300866; Adv. Sci. 2024, 11, 2404456; Adv. Energy Mater. 2023, 13(45), 2302451），设计了具有光催化“引擎”和磁控“引擎”的BiOCl/BiOI/Fe?O?（BBF）微米机器人，能像“鱼群”一样协同运动，主动粘附并加速降解口罩中的聚丙烯（PP）微纤维。

  2026年9月2日，相关研究成果以题为“Magnetically Driven Photo-Microswarms Enable Efficient Polypropylene Fiber Fragmentation and Sterilization”的论文发表在《Advanced Functional Materials》上。论文第一作者为陈玲，文章通讯作者为牛冉，文章通讯单位为华中科技大学。

  该微米机器人在磁场驱动下形成“鱼群”，在PP微纤维网络中穿梭游动。这种主动运动极大地增加了与纤维的碰撞几率，使机器人密集地附着在纤维表面，为后续光催化降解创造了“亲密接触”的条件。在可见光照射下，粘附在纤维上的机器人持续产生ROS，对PP纤维进行氧化切割。实验表明，经30小时光照处理，PP膜的羰基指数（衡量氧化程度的指标）提升了约12倍，表面出现大量孔洞和裂缝，热稳定性也显著降低，证实了PP的有效降解。

  此外，该微米机器人还展现出优异的抗菌性能，在可见光下15分钟内对大肠杆菌和粪肠球菌的杀灭率分别达到99.0%和96.2%。更重要的是，其磁性可实现高效回收和重复利用，在五次循环后仍保持显著的光催化活性，降低了二次污染风险。这项研究为处理纤维状塑料废弃物提供了一种智能、高效的“微米机器人解决方案”。它通过“磁控导航-主动粘附-光催化降解”的协同过程，实现了从被动反应到主动清除的技术跨越，在解决微塑料污染这一全球性难题上迈出了坚实一步。

图2 BBF微米机器人降解微塑料的效果图

  全文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.78150

作者简介：

  牛冉，华中科技大学化学与化工学院研究员、博士生导师、国家重点研发计划青年项目首席科学家，主要研究领域为功能高分子材料及微纳米机器人。目前以第一或通讯作者身份在PRL、PNAS、Sci. Adv.、EES、Adv. Func. Mater.、Adv. Energy Mater.、Adv. Sci.、ACS Nano等具有重要影响力的国际刊物上发表SCI论文90余篇，获授权发明专利11件，申请发明专利14件。主持承担国家自然科学基金、重点研发计划青年科学家项目、重点研发计划子课题等国家和省部级科技项目多项，并获得湖北省海外高层次人才计划、武汉英才等多项荣誉奖励。担任Rare Metals期刊 (中科院1区，影响因子6.3)，PS&T、Exploration和Green Carbon期刊青年编委。