带有纳米Fe3O4芯核的介孔TiO2包覆型光催化材料的制备与性能研究

该项目针对TiO2纳米光催化剂回收困难的问题，提出制备高质量的带有纳米Fe3O4芯核的介孔TiO2包覆型光催化材料，实现催化剂磁回收。为了降低Fe3O4对介孔TiO2光催化效率的影响，在介孔TiO2和Fe3O4芯核间选用C、SiO2、介孔碳及其复合物作为过渡层，揭示异质匹配程度，并以目标产物为光催化剂，开展有机污染物分解和磁回收技术研究，重点分析核壳匹配程度、过渡层材质与厚度等因素对光催化效率的影响以及磁回收效率。实现Fe3O4芯核、介孔TiO2与过渡层物质间两个界面良好的异质匹配是该研究要解决的关键问题。本项目的特色与创新之处还在于过渡层材料选用介孔碳和介孔SiO2，其本身既可以单独作为过渡层应用，在效果达不到设计要求时，又可以将其作为主体材料组装相应的客体材料，所构筑的主客体材料可能带来新奇结果。此外，其有序的孔道结构可能影响介孔TiO2层的孔道取向，成为自组装过程的间接调节手段。

磁性材料由于其可以通过外加磁场轻松的从反应体系中取出而备受关注，将功能材料与磁性材料复合在一起，兼具功能材料的独特性质和磁学性质，大大增加了材料的实用性。我们首先制备出磁性Fe3O4微球，在合成Fe3O4磁核的反应体系中加入柠檬酸钠，目的在于将亲水集团嫁接在磁核表面，以利于接下来的包覆；第二步，将实体SiO2包覆在磁核表面形成单分散的Fe3O4@SiO2核壳结构；第三步，通过调节模板剂CTAB和硅源TEOS的量，将介孔SiO2包覆在Fe3O4@SiO2表面形成花状形貌的Fe3O4@SiO2@meso-SiO2材料（meso代表介孔）。该复合物具有单分散的核壳结构，大的比表面积和孔容，对工业废水中的重金属离子Pb2+、Cd2+有较强的吸附性，而该复合物较强的磁性又有利于通过外加磁场进行回收和循环利用，因此，该材料可以作为一种良好的吸附剂而应用于污水处理中。. TiO2是一种重要的半导体材料，其来源丰富、无毒、有较宽的带隙、在近紫外区具有良好的光催化活性，且价格低廉，耐光腐蚀和化学腐蚀，因此被广泛的应用于光催化领域。其中，介孔TiO2又由于具有高的表面积、发达的孔道结构会使反应活性中心增多；窄而均一的孔径分布又有利于分子扩散并到达各个反应活性中心，因此和无孔的TiO2相比，介孔TiO2会具有更高的光催化活性。我们将介孔TiO2包覆在Fe3O4表面，由于直接包覆会产生光降解现象，降低TiO2的光催化活性，因此我们仍然选择实体SiO2作为夹层，制备出Fe3O4@SiO2@meso-TiO2复合材料。该材料兼具介孔TiO2的结构特点和Fe3O4的磁学性质，并且TiO2壳是以结晶的锐钛矿相存在的。在紫外灯下降解罗丹明B (RhB) 的实验中，与无孔的Fe3O4@SiO2@TiO2材料相比，Fe3O4@SiO2@meso-TiO2复合材料显示出更高的光催化活性，优良的性质使得该材料有望成为处理工业废水中的新型光催化剂。materials, , loading, TiO2, , . 我们将不同的介孔材料包覆在磁核表面，制备出具有介孔结构的磁性纳米复合物，增加了功能材料的实用性，为介孔材料向实际应用迈进了一步。