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具有增强光催化活性的磁性Fe3O4/TiO2/Ag复合微球的制备
关键词：Fe3O4/TiO2/Ag光催化复合微球复合
摘要：采用简单的化学沉积方法制备了新型的Fe3O4/TiO2/Ag三组分复合微球。首先采用溶剂热法制备了Fe3O4/Tio2杂环，然后用酪氨酸还原法将Ag纳米粒子固定在tio2的外层。将制备的磁性Fe3O4/TiO2/Ag复合微球作为光催化降解亚甲基蓝的催化剂。结果表明，引入Ag-NPs后，Fe3O4/TiO2/Ag复合微球的光催化活性优于Fe3O4/TiO2复合微球，这是由于Ag-NPs的引入增强了TiO2的光吸收，降低了TiO2中的光电空穴对复合。此外，这些磁性Fe3O4/TiO2/Ag复合微球可以通过磁选从分散液中完全除去，并且可以重复使用，催化活性几乎没有损失。
1 介绍
TiO2具有合适的带隙，强氧化能力，对光腐蚀和化学腐蚀的长期稳定性，低成本和易于制备的特点，因此是最有前途的太阳能转换材料之一[1-5]。 最近，它被广泛用作废水和污染空气的有用材料[6,7]。通常，光催化机理如下：电子从TiO2的价带（VB）激发到导带（CB），并在紫外线或可见光照射下形成电子空穴对[8-16]。这些电子和空穴可以迁移并引发与水和氧气的氧化还原反应，从而导致形成各种可以氧化有机化合物的反应性氧化物质。然而，光子诱导的电子和空穴对的高复合率（约90％）限制了TiO2的光催化活性[17,18]。
近年来，一些研究表明，TiO2和功函低于TiO2导带的金属纳米材料，例如Ag、Au或Fe，可以解决该问题并增强TiO2在紫外或可见光区域的光催化活性。 [19-25]。 在光催化过程中，这些金属纳米材料可作为出色的电子受体/传输材料，由于TiO2与它们之间的电子相互作用而有效地促进了光诱导电子的迁移并阻碍了电子转移过程中的电荷复合，从而增强了光催化作用性能[26-30]。
通常，光催化反应在具有纳米级或微米级的TiO2催化剂颗粒的悬浮液中进行。 尽管据报道这些光催化的光催化活性足够高。但是，TiO2颗粒的分离和回收是一个主要的瓶颈，限制了这些光催化方法在处理废水中的应用[31]。幸运的是，一些研究表明，将磁性氧化铁掺入TiO2可以为解决该问题提供有效的途径。 轩等。SPA模板法制备了Fe3O4/TiO2空心磁性球作为催化剂，用于RhB染料的光催化降解[32]。结果表明，所制得的Fe3O4/TiO2复合球具有良好的光催化活性，重复使用6次后，该催化活性可以保持93％的光催化活性。Wang等制备了Fe2O3/SiO2/TiO2磁性复合材料，用于亚甲基蓝（MB）的光催化降解，结果表明，在80分钟的紫外线照射下，约80％的MB分解了[33]。R.Chalasani等。准备好的水分散环糊精包覆Fe2O3/TiO2core/shell磁性纳米颗粒对双酚A和邻苯二甲酸二丁酯的光催化降解性能增强，结果表明，经过10个循环后，双酚A的光催化降解效率保持在90%左右[31]。Wang等人。采用简单的solegel法制备了磁性Fe2O3/SiO2/TiO2复合材料以降解MB染料[34]。结果表明，制备的Fe2O3/SiO2/TiO2复合材料由于表面粗糙多孔，比纯TiO2具有良好的磁学性能和较高的光催化活性。虽然磁性Fe2O3/TiO2复合材料具有优异的光催化性能，但三组分Fe3O4/TiO2/Ag复合材料光催化性能的研究报道有限。因此，对三组分Fe3O4/TiO2/Ag复合材料的进一步研究仍有必要进行，因为要在实际应用中提高其光催化性能还有很大的空间。在我们最近的工作中，我们使用简单的化学沉积路线制备了分级结构的TiO2/Ag微球，并将其应用于MB的光催化降解[35]。本工作进一步探索了该方法在制备三组分Fe3O4/TiO2/Ag磁性微球光催化降解MB中的应用。制备的Fe3O4/TiO2/Ag复合微球光催化活性优于Fe3O4/TiO2复合微球，这是由于Ag纳米粒子的引入增强了光吸收和引入了TiO2的双重作用。此外，这些磁性Fe3O4/TiO2/Ag复合微球可以通过磁选从分散液中完全除去，并且可以重复使用，催化活性几乎没有损失。这些结果表明，这种磁性Fe3O4/TiO2/Ag复合微球为去除和光降解水中难降解有机物提供了一种高效、环保、低成本的方法。
2 实验
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