纳米复合材料的催化与抑菌性能研究
成果简介：
此成果主要研究纳米复合材料在太阳光或紫外灯下对有机染料、重金属、微生物等污染水质的净化研究，利用纳米银对人体几乎无毒的特性合成高催化，高抑菌的银系纳米复合材料，在紫外灯或太阳光下对有机污染物的降解，重金属的还原，微生物中毒等具有很明显的效果。研究成果均为银系核壳型纳米复合材料。共发表文章8篇，6篇SIC，2篇中文，其中一篇核心，一篇。
成果内容提要：
1. 研究内容及观点：
TiO2具有催化性能高，杀菌活性强以及安全无毒，化学性质稳定，难溶，无污染等优点已成为光催化材料和抑菌材料等领域的研究热点。但TiO2在应用方面存在很多问题：TiO2的禁带宽度较宽(3.2eV)，只能吸收波长小于380 nm的紫外波；在光激发下，产生的光生电子(e-)和空穴(h+)易复合，光量子效率低；光催化剂回收中难分离，对污染物吸附性能差；催化剂易中毒等缺陷限制了TiO2的催化性能与抑菌性能。研究表明，半导体的光量子效率决定材料的光催化性能，而光生载流子的迁移可以决定量子效率的高低，如核壳型贵金属@半导体复合材料，贵金属(Au，Pt，Ag)可以作为光生电子(e-)的接收器，使光生电子(e-)在贵金属表面积累，促进复合体系界面的载流子输运，降低了光生电子(e-)与空穴(h+)复合的机率，促进了强氧化性?OH的生成，使复合材料对太阳光的吸收率增强，从而提高催化性能和抑菌性能。贵金属中由于银具有很强的杀菌性能而被广泛应用于抑菌材料和杀菌材料，但纳米银在介质中易团聚，限制了银的抑菌性能，将银沉积在半导体表面不仅提高了银的抑菌效率，且纳米银的表面等离子共振可以使复合材料对可见光的吸收域发生红移，可以提高半导体的催化效率。
也有研究者对TiO2进行修饰来解决TiO2的分散性能差，吸附性能低的缺点。如把TiO2负载在SiO2，Al2O3，活性炭等吸附剂表面，在通过光沉积法在TiO2表面沉积贵金属，吸附剂所提供的高浓度底物和迁移光生载流子可以提高TiO2的光催化性能和抑菌性能。有文献报道，SiO2与TiO2复合可以增加TiO2的比表面积，抑制TiO2晶种增长，增强了锐钛矿TiO2的热稳定性和沉降性。
Fe3O4作为磁性材料也可以应用于合成银系纳米复合材料，磁性纳米复合材料的大优点为可以高效的从污染物中分离，从而达到回收利用。也可以用耐高温，高压的ZrO2、SiO2等作为载体，合成核壳型纳米复合材料。
2. 创新点：
采用稳定的、耐酸碱、具有吸附性强的亚微球为载体，在通过光化学沉积法、原位还原法将贵金属沉积还原在亚微球表面合成核壳型纳米复合材料，这不仅可以解决纳米银易团聚，TiO2催化性能低等难题，且可以提高复合材料的催化性能和抑菌性能。用光沉积法在TiO2表面沉积贵金属的方法不仅清洁，且高效。若用 SiO2 、Fe3O4等为载体，在分离方便且高效。不仅在思路上有创新，且在合成方法中均有创新。
3. 实践意义：
合成的纳米复合材料，以安全，无毒的材料为载体，将Ag沉积在其表面，不仅在污水处理，饮用水的杀菌中具有重要的意义，且由于银系纳米复合材料的高抑菌也可以应用于医疗器械，手术器械等领域。
社会反映：
相关论文：
1. Jianqi Ma, Shaobo Guo, Xiaohua Guo, el al. ZrO2@Ag composite catalyst for hydrogenation reduction of organic dye: Preparation and characterization as well as catalytic performance valuation [J]. ScienceDirect, Elsevier, 2015, (14)12453-12458.
2. Jianqi Ma, Shaobo Guo, Xiaohua Guo, el al. A mild synthetic route to Fe3O4@TiO2-Au composites: preparation, characterization and photocatalytic activity [J]. Applied Surface Science, Elsevier, 2015, (353)1117-1125.
3. Jianqi Ma, Shaobo Guo, Xiaohua Guo, el al. Preparation, characterization and antibacterial activity of core–shell Cu2O@Ag composites [J]. Surface & Coatings Technology, Elsevier, 2015, (272)268-272.
4. Jianqi Ma, Shaobo Guo, Xiaohua Guo, el al. Liquid-phase deposition of TiO2 nanoparticles on core–shell Fe3O4@SiO2 spheres: preparation, characterization, and photocatalytic activity [J]. J Nanopart Res, Springer, 2015,(17)307.
5. Jianqi Ma, Shaobo Guo, Xiaohua Guo, el al. Modified photodeposition of uniform Ag nanoparticles on TiO2 with superior catalytic and antibacterial activities [J]. Journal of Sol-Gel Science and Technology, Springer, 2015, (75)366-373.
6. Yanyan Zhang, Shaobo Guo, Jianqi Ma, el al. Preparation, characterization, catalytic performanceand antibacterial activity of Ag photodeposited on monodisperse ZnO submicron spheres [J]. Journal of Sol-Gel Science and Technology , Springer, 2014, (72)171-178.
7. 郭少波, 马剑琪, 陈文强等Ag/TiO2纳米复合材料的抑菌活性研究[J].人工晶体学报,2015,7,(44)1946-1949.
8. 郭少波, 马剑琪, 兰阿峰等核壳型纳米复合材料Ag@ZrO2的制备及其抑菌性能 [J].复合材料学报,(已录用).
更多信息请关注复合材料信息网http://www.cnfrp.net！
此成果主要研究纳米复合材料在太阳光或紫外灯下对有机染料、重金属、微生物等污染水质的净化研究，利用纳米银对人体几乎无毒的特性合成高催化，高抑菌的银系纳米复合材料，在紫外灯或太阳光下对有机污染物的降解，重金属的还原，微生物中毒等具有很明显的效果。研究成果均为银系核壳型纳米复合材料。共发表文章8篇，6篇SIC，2篇中文，其中一篇核心，一篇。
成果内容提要：
1. 研究内容及观点：
TiO2具有催化性能高，杀菌活性强以及安全无毒，化学性质稳定，难溶，无污染等优点已成为光催化材料和抑菌材料等领域的研究热点。但TiO2在应用方面存在很多问题：TiO2的禁带宽度较宽(3.2eV)，只能吸收波长小于380 nm的紫外波；在光激发下，产生的光生电子(e-)和空穴(h+)易复合，光量子效率低；光催化剂回收中难分离，对污染物吸附性能差；催化剂易中毒等缺陷限制了TiO2的催化性能与抑菌性能。研究表明，半导体的光量子效率决定材料的光催化性能，而光生载流子的迁移可以决定量子效率的高低，如核壳型贵金属@半导体复合材料，贵金属(Au，Pt，Ag)可以作为光生电子(e-)的接收器，使光生电子(e-)在贵金属表面积累，促进复合体系界面的载流子输运，降低了光生电子(e-)与空穴(h+)复合的机率，促进了强氧化性?OH的生成，使复合材料对太阳光的吸收率增强，从而提高催化性能和抑菌性能。贵金属中由于银具有很强的杀菌性能而被广泛应用于抑菌材料和杀菌材料，但纳米银在介质中易团聚，限制了银的抑菌性能，将银沉积在半导体表面不仅提高了银的抑菌效率，且纳米银的表面等离子共振可以使复合材料对可见光的吸收域发生红移，可以提高半导体的催化效率。
也有研究者对TiO2进行修饰来解决TiO2的分散性能差，吸附性能低的缺点。如把TiO2负载在SiO2，Al2O3，活性炭等吸附剂表面，在通过光沉积法在TiO2表面沉积贵金属，吸附剂所提供的高浓度底物和迁移光生载流子可以提高TiO2的光催化性能和抑菌性能。有文献报道，SiO2与TiO2复合可以增加TiO2的比表面积，抑制TiO2晶种增长，增强了锐钛矿TiO2的热稳定性和沉降性。
Fe3O4作为磁性材料也可以应用于合成银系纳米复合材料，磁性纳米复合材料的大优点为可以高效的从污染物中分离，从而达到回收利用。也可以用耐高温，高压的ZrO2、SiO2等作为载体，合成核壳型纳米复合材料。
2. 创新点：
采用稳定的、耐酸碱、具有吸附性强的亚微球为载体，在通过光化学沉积法、原位还原法将贵金属沉积还原在亚微球表面合成核壳型纳米复合材料，这不仅可以解决纳米银易团聚，TiO2催化性能低等难题，且可以提高复合材料的催化性能和抑菌性能。用光沉积法在TiO2表面沉积贵金属的方法不仅清洁，且高效。若用 SiO2 、Fe3O4等为载体，在分离方便且高效。不仅在思路上有创新，且在合成方法中均有创新。
3. 实践意义：
合成的纳米复合材料，以安全，无毒的材料为载体，将Ag沉积在其表面，不仅在污水处理，饮用水的杀菌中具有重要的意义，且由于银系纳米复合材料的高抑菌也可以应用于医疗器械，手术器械等领域。
社会反映：
相关论文：
1. Jianqi Ma, Shaobo Guo, Xiaohua Guo, el al. ZrO2@Ag composite catalyst for hydrogenation reduction of organic dye: Preparation and characterization as well as catalytic performance valuation [J]. ScienceDirect, Elsevier, 2015, (14)12453-12458.
2. Jianqi Ma, Shaobo Guo, Xiaohua Guo, el al. A mild synthetic route to Fe3O4@TiO2-Au composites: preparation, characterization and photocatalytic activity [J]. Applied Surface Science, Elsevier, 2015, (353)1117-1125.
3. Jianqi Ma, Shaobo Guo, Xiaohua Guo, el al. Preparation, characterization and antibacterial activity of core–shell Cu2O@Ag composites [J]. Surface & Coatings Technology, Elsevier, 2015, (272)268-272.
4. Jianqi Ma, Shaobo Guo, Xiaohua Guo, el al. Liquid-phase deposition of TiO2 nanoparticles on core–shell Fe3O4@SiO2 spheres: preparation, characterization, and photocatalytic activity [J]. J Nanopart Res, Springer, 2015,(17)307.
5. Jianqi Ma, Shaobo Guo, Xiaohua Guo, el al. Modified photodeposition of uniform Ag nanoparticles on TiO2 with superior catalytic and antibacterial activities [J]. Journal of Sol-Gel Science and Technology, Springer, 2015, (75)366-373.
6. Yanyan Zhang, Shaobo Guo, Jianqi Ma, el al. Preparation, characterization, catalytic performanceand antibacterial activity of Ag photodeposited on monodisperse ZnO submicron spheres [J]. Journal of Sol-Gel Science and Technology , Springer, 2014, (72)171-178.
7. 郭少波, 马剑琪, 陈文强等Ag/TiO2纳米复合材料的抑菌活性研究[J].人工晶体学报,2015,7,(44)1946-1949.
8. 郭少波, 马剑琪, 兰阿峰等核壳型纳米复合材料Ag@ZrO2的制备及其抑菌性能 [J].复合材料学报,(已录用).
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