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中空介孔材料因大的比表面积、低密度、化学性质稳定等优势,在能源储存、吸波、催化、气敏、药物传输等领域都有着广泛的应用。其中,中空介孔SiO2作为催化剂的载体,不仅可以避免活性物质团聚,而且减少了电荷载流子的传输距离、促使污染物分子富集,增强活性中心的催化活性。然而,这种复合材料的制备通常需要借助繁琐且耗时的硬模板法,而且催化剂难以磁分离。为了减少复合催化剂的制备流程,我们直接以介孔SiO2空心球为模板,制备了不同形貌的中空介孔(ZnFe2O4、FeS2)/SiO2复合材料。避免了复杂的去除模板过程,作为活性中心的ZnFe2O4具有磁性,复合材料可以直接从水中分离出来。为进一步提高催化活性能,我们用固相合成法将中空介孔Fe3O4/SiO2转化为中空介孔FeS2/SiO2空心球。S原子可以加速Fe离子和H2O2之间的电荷转移,从而增强催化活性。主要研究内容如下:(1)以介孔SiO2空心球为模板,采用溶剂热法合成了双层介孔ZnFe2O4/SiO2空心球。该复合材料具有高的比表面积(443 m2/g)对染料分子亚甲基蓝(MB)表现出选择性吸附,仅需1 min即可达到吸附-脱附平衡。对于60 mg/L的MB溶液,约50%MB通过吸附去除,剩余50%MB在90 min内通过photo-Fenton催化降解。90 min内,总有机碳含量(TOC)去除率为90%。另外,该催化剂具有磁性,可以用磁铁快速分离出来。实验发现,在五次循环后,催化剂的催化性能几乎不变,表明该催化剂具有良好的可重复利用性。以上结果表明,我们所制备的ZnFe2O4/SiO2复合材料具有卓越的吸附和photo-Fenton 催化活性。(2)在上一章节的基础上,通过改变反应物浓度合成了八面体状蛋黄壳结构的ZnFe2O4/SiO2复合材料。相较于上一章,在相同的实验条件下,该复合材料在70 min内就可以100%降解60mg/L的MB,缩短了反应时间。同时,采用微量热技术研究了该八面体状蛋黄壳结构的ZnFe2O4/SiO2形成机理。首先,Fe3+和Zn2+通过中空介孔壳进入SiO2球的空腔,在空心硅球的内外表面形成八面体形态的α-(Fe,Zn)OOH和α-Fe2O3。最后,α-Fe2O3转化为八面体状蛋黄壳状的ZnFe2O4,同时SiO2空心球转变为纳米片。当升温速率从2.0℃/min降低至0.25℃/min时,反应物在200℃下恒温24h后,合成了实心八面体颗粒α-(Fe,Zn)OOH和α-Fe2O3,没有得到蛋黄壳结构。(3)在前两章的基础上,我们通过硫化双层介孔Fe3O4/SiO2空心球,得到了相同形貌的双层介孔FeS2/SiO2空心球。作为Fenton催化剂,FeS2/H2O2体系用于催化氧化污染物的过程中不仅生成了·OH同时生成了强氧化性的·SO4-,从而加速催化反应。为了扩大催化剂的应用范围,我们将所制备的Fenton催化剂用做类过氧化物酶,在1 min内就可以和H2O2作用将无色底物3,3’,5,5’-四甲基联苯胺(TMB)催化氧化为蓝色的oxTMB。基于FeS2/SiO2复合材料的类过氧化物酶活性,我们建立了一种快速检测H2O2的方法,对H2O2的米氏常数(Km)为0.0126 mM远低于FeS2(0.227 mM)以及天然辣根过氧化物酶(HPR,3.7 mM),表明所制备的双层介孔FeS2/SiO2空心球对H202具有较好的亲和性。检测时间仅需1 min,检出限(LOD)为4.20 nM,低于同类的类过氧化物酶。研究发现谷胱甘肽(GSH)的加入会使蓝色褪去为无色,可以通过紫外可见光谱仪监测吸光度值的变化。因此,基于GSH对FeS2/SiO2过氧化物酶样活性的抑制作用,我们还开发了具有高灵敏度和特异性的GSH传感系统,检测范围为1.0-40 μM,LOD为0.160 μM。且该传感体系不受血清中的氨基酸等物质的影响,具有实际应用潜力。这项基于多功能纳米材料的生物传感器的研究为生物传感、环境监测等领域的应用提供了可能。