Fe₃O₄/PAMAM/ZnO/TiO₂核-壳结构纳米颗粒的逐层构建及其光催化性能

丛日敏¹，于怀清¹，罗运军²，李蛟¹，王卫伟¹，李秋红¹，孙武珠¹，司维蒙¹

1. 山东理工大学材料科学与工程学院2. 北京理工大学材料科学与工程学院

摘 要：以聚酰胺-胺（PAMAM）树形分子为模板和隔离层采用水热法逐层构建了Fe₃O₄/PAMAM/ZnO/TiO₂和Fe₃O₄/PAMAM/TiO₂核-壳结构纳米颗粒,用HRTEM、EDS、XRD、SQUID和UV-Vis等手段对其结构和性能进行了表征。结果表明,这两种颗粒具有完整清晰的核-壳结构,磁核与壳层均由尺寸小于5 nm的颗粒聚集而成,具有超顺磁性和较高的MB吸附率。PAMAM隔离层降低了Fe₃O₄核与TiO₂壳接触面积,但是残留在界面处的微量Fe²⁺电子向壳层迁移,导致壳层能隙变窄、吸收光谱红移以及迁入电子与壳层光生空穴复合,使Fe₃O₄/PAMAM/TiO₂的催化活性降低。Fe₃O₄/PAMAM/ZnO/TiO₂中更厚的PAMAM隔离层和ZnO层阻隔了Fe²⁺电子向TiO₂层迁移,并且ZnO/TiO₂界面异质结构有利于光生电子-空穴对的分离,界面的新电子态使颗粒吸收光谱进一步红移,提高了对可见光的利用率和催化活性。5次磁性回收循环使用后,Fe₃O₄/PAMAM/ZnO/TiO₂的磁性回收率和MB降解率分别为93.8%和90.8%。

关键词：无机非金属材料;TiO₂;ZnO;Fe3O4;核-壳结构;光催化;磁性回收;