摘要
光催化是20世纪70年代发展起来的新兴催化技术，具有高效、安全、无污染等优点，在环境保护、能源开发等领域具有良好的应用前景。随着光催化技术的不断发展，ZnO、TiO2、CdTe、CdS等多种光催化材料受到了广泛关注。自从1972年Fujishima和Honda发现TiO2单晶可以光催化分解水产氢以来，n型半导体氧化物TiO2凭借其无毒、低廉、化学稳定性好、耐光腐蚀和可重复利用等优点成为光催化研究热点。但是，由于TiO2具有较高的带隙宽度，光响应范围窄，只能吸收紫外光（仅占太阳光的3~5％），限制了其对太阳光的利用；此外，即使光子被TiO2吸收，由于电荷复合，光生电子和空穴会迅速淬灭，导致光催化效率降低；另外，TiO2不具备磁响应性，无法实现对其TiO2进行分离、回收再利用。因此，有必要通过改性TiO2来提升光催化效率并实现磁分离、回收再利用。 为提高TiO2在可见光下的吸收并增强光催化效能，本论文在制备可磁性分离回收的复合光催化剂的基础之上，对复合光催化剂进行贵金属Au掺杂改性TiO2，在提高了可见光响应范围的同时，实现了光催化剂的分离、回收再利用。就修饰的Au@TiO2及Au、SiO2修饰的可见光响应型Au@TiO2@SiO2@Fe3O4纳米复合物的制备及光催化活性进行了研究，对其晶型、结构、形貌、化学组成、磁性和光学性质进行了研究并通过光催化杀灭E.coli实验研究评价其光催化活性。并探讨了Au负载量、光照时间、光照强度、光催化剂浓度等因素对灭菌性能的影响。全文主要研究内容分为以下两个部分： 1.贵金属Au沉积TiO2的制备、表征及其光催化活性的评价。以钛酸四丁酯（TBOT）为前驱体，采用溶胶-凝胶法来制备纳米TiO2。以氯化金（Ⅲ）三水合物水溶液为金源，采用沉积-沉淀法合成Au@TiO2。通过采用XRD、FTIR、XPS、UV-visDRS、PL、自由基捕获等方法对样品的结构、光学性能和表面化学成分进行了表征；表征结果表明，Au@TiO2对可见光具有响应能力，能够抑制光生电子-空穴对的复合。 对比考察了Au@TiO2和TiO2在氙灯光源照射下对大肠杆菌的光催化杀灭作用，并探讨了Au负载量、光照时间、光照强度、光催化剂浓度等因素对灭菌性能的影响。结果表明：Au@TiO2复合物的光催化灭菌活性优于纯TiO2，并且与光照时间和光照强度都成正比；Au的最适宜负载量为3%（质量分数）；3%Au@TiO2复合物在光照时间60min、光照强度7mW/cm2、光催化剂浓度100?g/mL的条件下，对大肠杆菌的杀灭效率高达91.3%。 2.可见光响应型磁性Au@TiO2@SiO2@Fe3O4纳米复合物的制备、表征及其光催化活性的评价。首先，利用共沉淀法制备磁性Fe3O4。其次，通过采用St?ber法在纳米Fe3O4颗粒表面包覆一层惰性SiO2保护层。然后，采用溶胶-凝胶法将TiO2负载到SiO2@Fe3O4上制备出TiO2@SiO2@Fe3O4。最后，采用通过沉积-沉淀法制备可见光响应型磁性Au@TiO2@SiO2@Fe3O4系列纳米复合物。利用X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、傅里叶红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）、紫外-可见漫反射光谱（UV-visDRS）、光致发光（PL）、磁滞回线和自由基捕获等技术对可见光响应型磁性TiO2@SiO2@Fe3O4纳米复合物的形貌、结构、化学组成、磁性和光学性质进行了研究。以氙灯为光源，将其用于光催化杀灭E.coli实验，并研究了Au负载量、光照时间、光照强度、光催化剂用量等因素对Au@TiO2@SiO2@Fe3O4该纳米复合物光催化灭菌性能的影响，深入探究了光催化剂的结构和性能之间的相互关系。结果显示：可见光响应型磁性Au@TiO2@SiO2@Fe3O4纳米复合物光催化灭菌活性优于纯TiO2，并且与光照时间和光照强度均成正比；Au的适宜负载量为3%（质量分数）；3%Au@TiO2@SiO2@Fe3O4在光照时间60min、光照强度7mW/cm2、光催化剂浓度100?g/mL的条件下，对大肠杆菌的杀灭率高达99.6%。
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