Role of Metal Nanoparticles in TiO2-Ag Nanocomposite-Based Microheterogeneous Photocatalysis

《纳米TiO2复合材料制备及其光催化性能研究》篇一一、引言随着科技的不断进步和人类对环保问题的日益关注，光催化技术作为新兴的绿色技术领域受到了广泛的关注。

纳米TiO2复合材料作为一种高效的光催化剂，具有广泛的应用前景。

本文旨在研究纳米TiO2复合材料的制备方法及其光催化性能，为实际应用提供理论依据。

二、文献综述纳米TiO2复合材料因其独特的物理和化学性质，在光催化领域具有广泛的应用。

其制备方法、性能及应用已成为研究热点。

目前，制备纳米TiO2复合材料的方法主要包括溶胶-凝胶法、水热法、微乳液法等。

其中，溶胶-凝胶法因其操作简便、制备条件温和等优点备受关注。

而光催化性能的研究主要关注其对有机污染物的降解、抗菌性能及自清洁等方面的应用。

三、实验方法（一）实验材料实验中所需材料主要包括TiO2纳米粉体、表面活性剂、溶剂等。

所有材料均需符合实验要求，保证实验结果的准确性。

（二）制备方法本文采用溶胶-凝胶法制备纳米TiO2复合材料。

具体步骤包括：将TiO2纳米粉体与表面活性剂混合，加入溶剂进行搅拌，形成溶胶；然后进行凝胶化处理，得到凝胶；最后进行热处理，得到纳米TiO2复合材料。

（三）性能测试本实验通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等手段对制备的纳米TiO2复合材料进行表征。

同时，通过光催化实验测试其光催化性能，以降解有机污染物为评价指标。

四、实验结果与分析（一）表征结果通过XRD、SEM和TEM等手段对制备的纳米TiO2复合材料进行表征。

结果表明，制备的纳米TiO2复合材料具有较高的结晶度和良好的分散性。

（二）光催化性能测试结果以降解有机污染物为评价指标，对制备的纳米TiO2复合材料进行光催化性能测试。

结果表明，该材料具有优异的光催化性能，能够有效降解有机污染物。

此外，我们还研究了不同制备条件对光催化性能的影响，为优化制备工艺提供依据。

五、讨论本实验研究了纳米TiO2复合材料的制备方法及其光催化性能。

二氧化硅@裸银纳米颗粒微球制备及其对大肠杆菌活性的影响沈启慧;单驿轩;刘曼;李冬梅;刘岩;于东冬;周建光【摘要】以SiO2微球为载体,利用其表面可自动吸附与还原银离子的能力,制备新型二氧化硅@银纳米颗粒微球复合材料(SiO2@Ag NPs),并用透射电镜、Raman 光谱、X射线光电子能谱等对其进行表征,测试其对大肠杆菌的抑菌性能.结果表明:当SiO2@Ag NPs质量浓度为2.0 mg/mL时,复合材料的抑菌率为99.8％;当银纳米颗粒表面含有稳定剂聚乙烯吡咯烷酮时,其抑菌率降低.表明稳定剂可保护银纳米颗粒的单分散性,但不利于其抑菌性的发挥.【期刊名称】《吉林大学学报（理学版）》【年(卷),期】2019(057)004【总页数】4页(P985-988)【关键词】二氧化硅;裸银纳米颗粒;抑菌性;大肠杆菌【作者】沈启慧;单驿轩;刘曼;李冬梅;刘岩;于东冬;周建光【作者单位】吉林化工学院化学与制药工程学院,吉林吉林132022;吉林化工学院化学与制药工程学院,吉林吉林132022;吉林化工学院化学与制药工程学院,吉林吉林132022;吉林化工学院化学与制药工程学院,吉林吉林132022;吉林化工学院化学与制药工程学院,吉林吉林132022;浙江大学校医院,杭州310027;浙江大学工业控制技术国家重点实验室,智能系统与控制研究所,分析仪器研究中心,杭州310058【正文语种】中文【中图分类】O614纳米银粒子具有极大的比表面积、明显的表面效应、小尺寸效应和宏观隧道效应, 在表面增强Raman散射[1]、数据存储、生物传感[2]、催化[3]、抗菌[4]等领域应用广泛. 作为新型抗菌材料的纳米银粒子具有良好的抗菌持久性、不易产生抗药性、低毒性、抗菌活性高、抗菌谱广等优点. 目前，纳米银及负载银纳米复合材料的开发已引起人们广泛关注. 改变纳米银粒子的理化性质可改变其杀菌效果, 如分散性、颗粒大小、添加的稳定剂、表面电荷和性质等. 聚乙烯吡咯烷酮[5]、十二烷基硫酸钠[6]、十六烷基三甲基溴化铵[7]等多种稳定剂均可制备水溶性银纳米颗粒, 但这些高分子材料无法满足绿色生产的要求, 且影响人体健康[8]. 本文采用绿色方法制备新型二氧化硅@银纳米颗粒微球(SiO2@Ag)复合材料(SiO2@Ag NPs), 该复合材料以富含巯基的二氧化硅微球为载体, 在微球表面可自动吸附和还原银离子、成核并生成银纳米颗粒, 由于未用高分子分散剂作为银纳米颗粒的稳定剂, 仅在裸露的微球表面上反应, 因此具有较高的反应活性. 通过研究不同质量浓度的该银基复合材料环境下大肠杆菌的时间失活曲线, 对其抗菌能力进行评价. 实验结果表明, 该SiO2@Ag复合材料具有良好的抗菌活性, 同时材料易分离、可循环使用, 且抗菌活性衰减缓慢.1 实验1.1 材料与仪器巯基丙基硅酸三甲酯(MPTMS, φ=97%)购于百灵威科技公司; 氨水、乙醇(分析纯)购于天津大茂化学试剂公司; 硝酸银(分析纯)购于国药集团上海试剂公司; 大肠杆菌购于中国科学院微生物研究所; 琼脂、 LB(Luria-Bertani)液体培养基购于北京欣经科生物技术有限公司; 实验用水均为Milli-Q超纯水机(美国Millipore公司)制备的超纯水.Spectrum ONE型Fourier变换红外光谱仪(KBr参比, 美国铂金埃尔默公司);INVIA激光共聚焦Ramann光谱仪(英国雷尼绍公司); Tecnai G20型透射电子显微镜(操作电压200 kV, 美国FEI公司)； Kratos AXIS UltraDLD高真空光电子能谱仪(Kα=1 486.6 eV, 日本岛津公司).1.2 负载纳米银二氧化硅微球的制备参照文献[9]方法, 通过溶胶-凝胶法制备表面富含巯基的SiO2微球: 用氨水调节pH=10.5, 在50 mL水中加入1 mL的MPTMS, 室温下恒速搅拌反应24 h后, 先用离心机沉淀分离, 再依次用乙醇、水清洗2次, 室温下真空干燥，得到SiO2微球.将制备的SiO2微球100 mg分散在25 mL浓度为0.1 mol/L的AgNO3水溶液中, 持续搅拌5 min, 离心、沉淀水洗3次, 将得到的SiO2@Ag NPs保存在水溶液中.1.3 SiO2@Ag NPs对大肠杆菌活性的影响以大肠杆菌为目标细菌, 采用板菌落计数法考察材料的杀菌动力学和杀菌机制[10]. 将大肠杆菌接种到液体培养基中, 在振荡培养箱中培养后, 取适量的菌液离心分离, 去上清液, 将底部的菌斑用无菌生理盐水稀释后再离心分离3次, 除去培养基. 最后, 用无菌生理盐水将其稀释成所需浓度的菌悬液.将1 mL上述菌悬液和9 mL质量分数为0.9%的生理盐水充分混合后, 取0.1 mL 混合液确定最初的细菌浓度. 在20 mL灭菌后的LB培养基溶液中加入10 μL菌悬液和不同质量浓度的SiO2@Ag(0,0.5,1.0,1.5,2.0 mg/mL), 在37 ℃振荡培育12 h. 菌液用无菌生理盐水稀释10 000倍, 取1 mL稀释液在40 ℃～45 ℃加入到无菌培养皿中, 并加入灭菌后的琼脂LB培养液10 mL, 混匀冷凝后在37 ℃烘箱中倒置避光培养12 h, 计数菌落. 抗菌剂的抑菌率计算公式为n=(C-x)/C×100%,(1)式中： n为抑菌率; C为无菌水样品中的菌落个数; x为含有抑菌材料的抑菌结果菌落个数.2 结果与讨论2.1 反应机理由于微球全部由带巯基的硅烷水解缩合而成, 因此微球表面富含巯基, 可大量吸附溶液中的银离子. 此外, 吸附过程中巯基被氧化成—S—S—键, 同时银离子被还原, 单层银原子吸附在微球表面. 由于微球内部的巯基通过电子传输发生缩合反应, 传输距离约为10 nm[11], 因此可用于还原微球表面的银离子, 形成银纳米颗粒.2.2 SiO2@Ag NPs表面银纳米颗粒的表征图1为SiO2@Ag NPs的Fourier变换红外光谱(FT-IR)和Raman光谱. 由图1(A)可见：微球表面存在大量巯基; 硅骨架的典型特征峰(Si—O—Si)的振动吸收峰位于1 079 cm-1处; 在2 550 cm-1附近出现一个微弱的吸收峰, 可推断为巯基吸收峰, 相对二氧化硅的吸收峰强度很弱. 由图1(B)可见, 在2 580 cm-1处出现较强的巯基特征峰, 进一步证实微球表面存在大量的巯基.图1 SiO2@Ag NPs的FT-IR谱(A)和Raman光谱(B)Fig.1 FT-IR spectra (A) and Raman spectrum (B) of SiO2@Ag NPs图2 SiO2@Ag NPs的XPS谱Fig.2 XPS spectrum of SiO2@Ag NPs图2为SiO2@Ag NPs的X射线光电子能谱(XPS). 其中位于374.1,368.1 eV处的谱峰分别归属于银的3d3/2和3d5/2轨道, 证明银元素以零价态存在, 表明微球表面的银离子全部被还原. 利用透射电子显微镜(TEM)和高分辨率透射电镜(HRTEM)观察SiO2@Ag NPs表面银纳米颗粒的形态, 结果如图3所示. 由图3(B)可见, 微球的粒径约为1 μm, 表面负载的银纳米粒子直径约为10 nm, 银纳米颗粒呈明显的晶格线, 晶格宽度为0.236 nm, 与银(111)面心立方间距吻合, 进一步证实为单质银.图3 SiO2@Ag NPs的TEM(A)和HRTEM(B)照片Fig.3 TEM image (A) andHRTEM image (B) of SiO2@Ag NPs2.3 SiO2@Ag NPs的抑菌性能以常见的革兰氏阴性菌大肠杆菌为测试菌种，用菌落计数法测试复合材料的抑菌活性. 图4为菌落计数法测试SiO2/Ag材料对大肠杆菌的抑菌率. 对照组、未添加与添加PVP稳定剂的SiO2@Ag NPs作用组经菌落计数, 计算得到两组样品对大肠杆菌的抑菌率分别为99.8%和96.3%, 表明裸银纳米颗粒的抑菌效果更好. 这是由于具有杀菌作用的主要是银纳米颗粒表面被氧化产生的银离子, 但PVP会钝化银纳米颗粒表面, 导致释放银离子的速率降低, 进而影响抑菌过程中银离子穿过大肠杆菌细胞壁，破坏细胞膜离子通道的速率.综上所述, 本文以SiO2微球表面的巯基为还原剂, 通过还原银离子得到了SiO2@Ag NPs，并用透射电镜、 Raman光谱、 X射线光电子能谱等对表面银纳米颗粒进行表征, 并测试了其对大肠杆菌的抑菌性能. 结果表明: 微球表面存在大量巯基活性官能团; 银离子全部还原为银原子; 银纳米颗粒呈半球形, 直径约为10 nm, 且晶格线与银(111)面心立方间距吻合, 进一步证实为单质银；添加稳定剂PVP较未添加稳定剂的SiO2@Ag NPs抑菌率降低了3.5%.图4 SiO2@Ag NPs对大肠杆菌的抑菌结果Fig.4 Antibacterial results ofSiO2@Ag NPs on Escherichia coli参考文献【相关文献】[1] 何雄, 周静峰, 孙金才. 银纳米粒子基底制备及表面增强拉曼光谱法检测荧光素钠 [J]. 食品安全质量检测学报, 2018, 9(5): 1084-1088. 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第32卷第1期2024年2月Vol.32No.1Feb.2024安徽建筑大学学报Journal of Anhui Jianzhu UniversityDOI：10.11921/j.issn.2095-8382.20240105Ag2O-NiTi-LDH复合材料的构建及其光催化氧化乙硫醇性能研究崔洪珊1,2，何杰2,3，徐从波1，赵玲玲3，王丽平1（1.淮南联合大学制药与材料学院，安徽淮南232038；2.安徽理工大学地球与环境学院，安徽淮南232001；3.安徽理工大学化学工程学院，安徽淮南232001）摘要：本文将氧化银（Ag2O）负载到镍-钛层状双金属氢氧化物（NiTi-LDH）上以构建Ag2O-NiTi-LDH复合材料。

通过XRD、SEM、TEM、XPS、UV-vis、电化学工作站和FT-IR等技术对样品进行表征。

采用静态吸附-光催化的方法对乙硫醇进行吸附氧化降解。

结果表明：复合材料中Ag2O和NiTi-LDH之间存在相互作用，使得Ag2O-NiTi-LDH复合材料比单一基体材料的带隙能小，光生电子-空穴的分离和迁移效率高；在光催化实验中，单一的基体材料NiTi-LDH对乙硫醇的光催化效果不明显，Ag2O和Ag2O-NiTi-LDH虽然都能将乙硫醇光催化氧化成硫酸盐，但Ag2O-NiTi-LDH复合材料光催化氧化降解效率高于Ag2O。

关键词：氧化银；镍钛-层状双金属氢氧化物；复合材料；光催化；乙硫醇中图分类号：O614文献标志码：A文章编号：1672-2337（2024）01-036-07Construction of Ag2O-NiTi-LDH Composite and Its Photocatalytic Oxidation ofEthyl MercaptanCUI Hongshan1,2，HE Jie2,3，XU Congbo1，ZHAO Lingling3，WANG Liping1（1.School of Pharmacy and Materials，Huainan Union University，Huainan232038，China；2.School of Earth Environment，Anhui University of Science and Technology，Huainan232001，China；3.School of Chemical Engineering，Anhui University of Science and Technology，Huainan232001，China）Abstract：In this paper,Ag2O-NiTi-LDH composites were prepared by loading silver oxide(Ag2O)onto Ni-Ti layered double hydroxide(NiTi-LDH).The samples were characterized by a means of XRD,SEM,TEM,XPS,UV-vis,electrochemical workstation and FT-IR technologies.The adsorption and photocatalytic performance of samples on ethyl mercaptan were evaluated by static adsorption-photocatalytic method.The results show that there is an interaction between Ag2O and NiTi-LDH,which makes the band gap energy of Ag2O-NiTi-LDH composite lower than that of its precursors,and the efficiency of separation and migration of photo-generated electron-hole is higher.In the photocatalytic experiment,a single precursor NiTi-LDH has no obvious photocatalytic effect on ethyl mercaptan.Both Ag2O and Ag2O-NiTi-LDH can photocatalytic oxidize ethyl mercaptan to sulfates,however,the photocatalytic degradation efficiency of the composite Ag2O-NiTi-LDH has a much higher than that of Ag2O.Keywords：Ag2O；NiTi-layered double hydroxide；composite；photocatalytic；ethyl mercaptan有机硫化物广泛存在于化石能源中［1］，化石能源的燃烧会导致其中的有机硫化物转化为各种有害物质［2］，破坏人类赖以生存的环境。

共 沉淀 法 制备 Ａ ｇ ／ Ａ ｇ Ｃ Ｉ — Ｔ ｉ Ｏ ２ 空心 复 合 纳 米微 球 及 其 光催 化 性 能
王金 刚 ， 姬 平利 ， 孔 祥 正
（ 济南 大学化学化工学院 ， 济南 ２ ５ ０ ０ ２ ２ ）
摘要
通过 甲基丙烯酸与苯 乙烯聚合制备 了表 面负 电性 的聚苯 乙烯 （ Ｐ Ｓ ｔ ） 纳米乳胶粒 ．在 乙醇与水 的混合溶
的降解率 比不含 Ａ ｇ ／ Ａ ｇ ｃ １ 的Ｔ ｉ Ｏ 空心微球提高 了 ３ ８ ％． 关键词 聚苯 乙烯乳胶粒 ；模板 ； 表面改性 ；Ａ Ａ ｇ Ｃ １ 一 Ｔ ｉ Ｏ 空心微球 ； 光催化性 能 ； 罗丹明 Ｂ降解
０ ６ ４ ３ ． ３ 文 献 标 志码 Ａ 中图 分 类 号
表明 ， 所得产物为 Ａ Ａ ｇ Ｃ ｌ 与锐钛矿型 Ｔ ｉ Ｏ 复合 的空 心粒子 ， 其 比表面远大于商品 Ｔ ｉ Ｏ （ １ ＇ ２ ５ ） ． 考察了 Ａ
Ａ ｇ Ｃ １ 一 Ｔ ｉ Ｏ ，复合粒 子在紫外光与可见光下对罗丹 明 Ｂ （ Ｒ ｈ Ｂ） 降解 的催化活性．结 果表 明 ， 在紫外光下 ｎ （ Ａ ｇ ） ／
剂中 ， 用硅烷偶联剂 乙烯基三 甲氧基硅烷对其进行 表面改性后加 入钛 酸四丁酯 、 氯化钠 和硝酸银 ，以 Ｐ Ｓ ｔ 乳
胶粒 为模 板采用共沉淀法制备 了 Ｐ Ｓ ｔ Ａ ｇ Ｃ １ 一 Ｔ ｉ Ｏ 复合微球．在 １ ８ ０℃对其 进行液相 预处理及煅 烧去 除 Ｐ Ｓ ｔ 模 板后 制备 了 Ａ ｇ ／ Ａ ｇ Ｃ １ 一 Ｔ ｉ Ｏ ： 空心复合粒子．对各阶段产物 的形貌 、晶体 结构和 比表面积 等进行 了表征．结果
Ｖｏ １ ． ３ ４ ２ ０ １ ３年 １ １ 月