Fe3O4@SiO2@金属掺杂有序介孔二氧化钛 磁/光双功能核-壳结构制备及可见光催化性能研究

金属掺杂二氧化钛由于在可见光区具有光催化活性而成为一种重要的催化材料。为了提高催化材料的性能和便于重复利用，将金属掺杂二氧化钛组装成介孔材料并包埋到磁性核的表面，形成磁/光双功能核-壳结构介孔材料是一个不错的选择。但是在利用模板组装的途经将具有晶体孔壁的有序介孔材料包埋到球形基底时，普遍遇到的问题是介观结构很难组装并在转晶过程中易于坍塌。因此到目前为止，此类材料的制备仍然是一个不小的挑战。考虑到催化材料性能更依赖于材料的晶化程度和比表面积，这里拟采取适当降低介孔壳层介观有序度的办法，实现具有锐钛矿晶型孔壁和高比表面积的金属掺杂介孔二氧化钛在磁性核上的包埋。最终制备出组成为磁性颗粒@氧化硅@金属掺杂介孔二氧化钛的复合纳米催化剂。此材料兼具磁性颗粒易于回收、介孔材料高比表面、以及掺杂二氧化钛的可见光催化性能等多种优势，为设计出更为实用的复合纳米材料开拓了新的思路。

半导体光催化材料的带隙调控和性能优化可通过多种途径来实现，掺杂、复合、结构改造等，都是其有效途径。本项目从复合的思路出发，采取包覆、修饰、负载、耦合、植入等多种手段，制备出一系列性能优异的核-壳结构光催化材料和磁光电等多功能复合材料。. 本项目通过自组装技术首次合成出内圆外方及多晶核单晶壳的超顺磁性Fe3O4@nSiO2@PMO纳米核-壳结构；采用“溶剂热/水热/裂解还原”组合技术制备出具有磁光双功能“核-夹层-壳”结构的Fe3O4@C@PbMoO4纳米复合材料，该材料在可见光下能迅速催化降解环境污染物；用夹心分子做前驱体和模板剂，一步合成出光功能可调的TiO2@C@TiO2’ 夹碳双氧化钛荔枝状复合纳米球；氧化亚铜和溴化氧铋都是窄带隙半导体可见光催化材料，但催化效率不高，我们分别通过p-n结耦合和晶面优选方法，制备出二氧化钛颗粒负载的氧化亚铜立方块（Cu2O/TiO2）和准单层结构的溴化氧铋（BiOBr）纳米超薄片，从而大大提高了染料废水可见光催化降解的效率和选择性。此外，我们还通过静电纺丝/控制氧化还原等手段，制备出Sn-SnO2-C微孔复合纳米纤维以及Fe2O3-C纳米纤维，具有良好的催化、传感性能。这一系列以核-壳结构为主导的复合纳米材料的问世，将在环境、能源、生命、医药、工业催化等领域中发挥重要作用。.