納米復合材料的催化與抑菌性能研究
成果簡介：
此成果主要研究納米復合材料在太陽光或紫外燈下對有機染料、重金屬、微生物等污染水質的凈化研究，利用納米銀對人體幾乎無毒的特性合成高催化，高抑菌的銀系納米復合材料，在紫外燈或太陽光下對有機污染物的降解，重金屬的還原，微生物中毒等具有很明顯的效果。研究成果均為銀系核殼型納米復合材料。共發表文章8篇，6篇SIC，2篇中文，其中一篇核心，一篇。
成果內容提要：
1. 研究內容及觀點：
TiO2具有催化性能高，殺菌活性強以及安全無毒，化學性質穩定，難溶，無污染等優點已成為光催化材料和抑菌材料等領域的研究熱點。但TiO2在應用方面存在很多問題：TiO2的禁帶寬度較寬(3.2eV)，只能吸收波長小于380 nm的紫外波；在光激發下，產生的光生電子(e-)和空穴(h+)易復合，光量子效率低；光催化劑回收中難分離，對污染物吸附性能差；催化劑易中毒等缺陷限制了TiO2的催化性能與抑菌性能。研究表明，半導體的光量子效率決定材料的光催化性能，而光生載流子的遷移可以決定量子效率的高低，如核殼型貴金屬@半導體復合材料，貴金屬(Au，Pt，Ag)可以作為光生電子(e-)的接收器，使光生電子(e-)在貴金屬表面積累，促進復合體系界面的載流子輸運，降低了光生電子(e-)與空穴(h+)復合的機率，促進了強氧化性?OH的生成，使復合材料對太陽光的吸收率增強，從而提高催化性能和抑菌性能。貴金屬中由于銀具有很強的殺菌性能而被廣泛應用于抑菌材料和殺菌材料，但納米銀在介質中易團聚，限制了銀的抑菌性能，將銀沉積在半導體表面不僅提高了銀的抑菌效率，且納米銀的表面等離子共振可以使復合材料對可見光的吸收域發生紅移，可以提高半導體的催化效率。
也有研究者對TiO2進行修飾來解決TiO2的分散性能差，吸附性能低的缺點。如把TiO2負載在SiO2，Al2O3，活性炭等吸附劑表面，在通過光沉積法在TiO2表面沉積貴金屬，吸附劑所提供的高濃度底物和遷移光生載流子可以提高TiO2的光催化性能和抑菌性能。有文獻報道，SiO2與TiO2復合可以增加TiO2的比表面積，抑制TiO2晶種增長，增強了銳鈦礦TiO2的熱穩定性和沉降性。
Fe3O4作為磁性材料也可以應用于合成銀系納米復合材料，磁性納米復合材料的大優點為可以高效的從污染物中分離，從而達到回收利用。也可以用耐高溫，高壓的ZrO2、SiO2等作為載體，合成核殼型納米復合材料。
2. 創新點：
采用穩定的、耐酸堿、具有吸附性強的亞微球為載體，在通過光化學沉積法、原位還原法將貴金屬沉積還原在亞微球表面合成核殼型納米復合材料，這不僅可以解決納米銀易團聚，TiO2催化性能低等難題，且可以提高復合材料的催化性能和抑菌性能。用光沉積法在TiO2表面沉積貴金屬的方法不僅清潔，且高效。若用 SiO2 、Fe3O4等為載體，在分離方便且高效。不僅在思路上有創新，且在合成方法中均有創新。
3. 實踐意義：
合成的納米復合材料，以安全，無毒的材料為載體，將Ag沉積在其表面，不僅在污水處理，飲用水的殺菌中具有重要的意義，且由于銀系納米復合材料的高抑菌也可以應用于醫療器械，手術器械等領域。
社會反映：
相關論文：
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, 馬劍琪, 陳文強等Ag/TiO2納米復合材料的抑菌活性研究[J].人工晶體學報,2015,7,(44)1946-1949.
8. 郭少波, 馬劍琪, 蘭阿峰等核殼型納米復合材料Ag@ZrO2的制備及其抑菌性能 [J].復合材料學報,(已錄用).
更多信息請關注復合材料信息網http://www.cnfrp.net！
此成果主要研究納米復合材料在太陽光或紫外燈下對有機染料、重金屬、微生物等污染水質的凈化研究，利用納米銀對人體幾乎無毒的特性合成高催化，高抑菌的銀系納米復合材料，在紫外燈或太陽光下對有機污染物的降解，重金屬的還原，微生物中毒等具有很明顯的效果。研究成果均為銀系核殼型納米復合材料。共發表文章8篇，6篇SIC，2篇中文，其中一篇核心，一篇。
成果內容提要：
1. 研究內容及觀點：
TiO2具有催化性能高，殺菌活性強以及安全無毒，化學性質穩定，難溶，無污染等優點已成為光催化材料和抑菌材料等領域的研究熱點。但TiO2在應用方面存在很多問題：TiO2的禁帶寬度較寬(3.2eV)，只能吸收波長小于380 nm的紫外波；在光激發下，產生的光生電子(e-)和空穴(h+)易復合，光量子效率低；光催化劑回收中難分離，對污染物吸附性能差；催化劑易中毒等缺陷限制了TiO2的催化性能與抑菌性能。研究表明，半導體的光量子效率決定材料的光催化性能，而光生載流子的遷移可以決定量子效率的高低，如核殼型貴金屬@半導體復合材料，貴金屬(Au，Pt，Ag)可以作為光生電子(e-)的接收器，使光生電子(e-)在貴金屬表面積累，促進復合體系界面的載流子輸運，降低了光生電子(e-)與空穴(h+)復合的機率，促進了強氧化性?OH的生成，使復合材料對太陽光的吸收率增強，從而提高催化性能和抑菌性能。貴金屬中由于銀具有很強的殺菌性能而被廣泛應用于抑菌材料和殺菌材料，但納米銀在介質中易團聚，限制了銀的抑菌性能，將銀沉積在半導體表面不僅提高了銀的抑菌效率，且納米銀的表面等離子共振可以使復合材料對可見光的吸收域發生紅移，可以提高半導體的催化效率。
也有研究者對TiO2進行修飾來解決TiO2的分散性能差，吸附性能低的缺點。如把TiO2負載在SiO2，Al2O3，活性炭等吸附劑表面，在通過光沉積法在TiO2表面沉積貴金屬，吸附劑所提供的高濃度底物和遷移光生載流子可以提高TiO2的光催化性能和抑菌性能。有文獻報道，SiO2與TiO2復合可以增加TiO2的比表面積，抑制TiO2晶種增長，增強了銳鈦礦TiO2的熱穩定性和沉降性。
Fe3O4作為磁性材料也可以應用于合成銀系納米復合材料，磁性納米復合材料的大優點為可以高效的從污染物中分離，從而達到回收利用。也可以用耐高溫，高壓的ZrO2、SiO2等作為載體，合成核殼型納米復合材料。
2. 創新點：
采用穩定的、耐酸堿、具有吸附性強的亞微球為載體，在通過光化學沉積法、原位還原法將貴金屬沉積還原在亞微球表面合成核殼型納米復合材料，這不僅可以解決納米銀易團聚，TiO2催化性能低等難題，且可以提高復合材料的催化性能和抑菌性能。用光沉積法在TiO2表面沉積貴金屬的方法不僅清潔，且高效。若用 SiO2 、Fe3O4等為載體，在分離方便且高效。不僅在思路上有創新，且在合成方法中均有創新。
3. 實踐意義：
合成的納米復合材料，以安全，無毒的材料為載體，將Ag沉積在其表面，不僅在污水處理，飲用水的殺菌中具有重要的意義，且由于銀系納米復合材料的高抑菌也可以應用于醫療器械，手術器械等領域。
社會反映：
相關論文：
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, 馬劍琪, 陳文強等Ag/TiO2納米復合材料的抑菌活性研究[J].人工晶體學報,2015,7,(44)1946-1949.
8. 郭少波, 馬劍琪, 蘭阿峰等核殼型納米復合材料Ag@ZrO2的制備及其抑菌性能 [J].復合材料學報,(已錄用).
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