《Ag@Fe3O4/TiO2微納分級結構的構築及增強光催化活性研究》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由張雲霞擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：Ag@Fe3O4/TiO2微納分級結構的構築及增強光催化活性研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張雲霞
- 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目以水體環境中有機污染物的有效治理為目標，設計和構築具有分級結構的Ag@Fe3O4/TiO2微納複合材料。通過調節銀納米顆粒的形貌、尺寸及其周圍電解質環境實現表面電漿共振吸收峰的調製，拓展複合材料的太陽光回響範圍；藉助Fe3O4賦予複合材料磁回響性能，達到回收再利用的目的；利用二氧化鈦的微納分級結構及表面修飾提高目標污染物的預富集能力，增強光的捕捉與吸收。揭示微納複合材料的微觀結構與表面電漿共振效應、光催化性能以及磁回響性之間的關聯；通過微納複合材料的結構設計，實現微納複合材料綜合性能的最佳化。研究微納複合材料對有機污染物的增強可見光光催化降解規律，揭示其內在機制，實現對有機污染物的有效治理。本項目的實施，為發展兼具高效吸附、降解以及易於回收循環再利用等多重功能於一體的高性能可見光光催化劑奠定了材料基礎，對解決當前全球面臨的水環境污染問題具有重要意義與實際套用價值。
結題摘要
以二氧化鈦為代表的傳統光催化材料，帶隙寬，只能利用太陽光中的紫外光；量子產率低，光生電子和空穴易複合，嚴重製約了其套用。要打破制約光催化材料套用的瓶頸，必須拓寬光催化材料的光回響範圍，探索能夠吸收可見光的新一代光催化材料，從而提高光催化材料對太陽光的利用率。 本課題以水體環境中有機污染物與重金屬離子的有效去除為目標，以Ag@Fe3O4@SiO2@TiO2微納結構材料的設計合成為研究對象，發展具有多層殼結構的微納複合材料的可控制備技術，通過對材料的結構設計來實現綜合性能的調控與最佳化。為了探討多功能微納複合材料在水環境中有機污染物有效治理領域的潛在套用，將我們製備的Ag@Fe3O4@SiO2@TiO2核殼微納結構材料用於去除有機物（亞甲基藍）和重金屬離子（Cr（VI））。研究結果表明，Ag@Fe3O4@SiO2@TiO2核殼微納結構材料在不同光源下對污染物的光催化去除效果遠高於商用TiO2 (P25)、純TiO2微米球、Ag@Fe3O4@TiO2納米球以及Fe3O4@SiO2@TiO2納米球；未退火處理的Ag@Fe3O4@SiO2@TiO2材料的光催化性能明顯優於退火後的樣品。對Ag@Fe3O4@SiO2@TiO2核殼微納結構材料的光催化增強機制也進行了探討，其優越的光催化性能可以歸功於以下幾個方面：微納分級多孔結構大的比表面積、充足的反應活性點；表面等離子增強的光回響範圍；表面超薄納米片較短的擴散距離和低的光生-電子空穴對複合幾率；Ag核的近場電磁增強機制和散射機制，以及光化學穩定性等。更值得一提的是，Ag@Fe3O4@SiO2@TiO2微納結構光催化劑可藉助磁鐵進行方便地分離和收集，並且5次循環光催化降解後，光催化去除效率並沒有明顯減弱，具有優越的磁回收與循環再利用特性。 Ag@Fe3O4@SiO2@TiO2微納結構材料具有許多獨特的優勢：Ag納米顆粒等離子共振吸收峰受其周圍大介電常數Fe3O4殼的影響發生紅移至可見光區域，從而拓寬了對太陽光的回響範圍；Fe3O4與TiO2之間的SiO2過渡層有效地阻止了二者直接接觸帶來的不利影響，並增強了光化學穩定性；同時，Fe3O4的存在賦予了該複合材料良好的磁回響與分離特性，這種集成不同功能的微納結構複合材料可望實現水體環境中有機污染物或重金屬離子的原位一體的有效治理與循環再利用。
