【摘 要】
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近年来,工业上广泛使用的有机合成染料,由于其致畸、毒性和致癌性,且化学性质稳定,不易降解,使水环境恶化,给人类健康带来了许多潜在的问题。然而,随着与染料相关的工业的快速发展,有机染料变得不可或缺,因为它们在染色纸、化妆品、染色棉和皮革工业中有着广泛的应用。因此,研究废水中有机污染物的快速、完整的去除策略是一个全球性的挑战。二氧化钛（TiO2）半导体因其长期的化学稳定性、高催化活性、无毒、强光学吸收
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近年来,工业上广泛使用的有机合成染料,由于其致畸、毒性和致癌性,且化学性质稳定,不易降解,使水环境恶化,给人类健康带来了许多潜在的问题。然而,随着与染料相关的工业的快速发展,有机染料变得不可或缺,因为它们在染色纸、化妆品、染色棉和皮革工业中有着广泛的应用。因此,研究废水中有机污染物的快速、完整的去除策略是一个全球性的挑战。二氧化钛（TiO2）半导体因其长期的化学稳定性、高催化活性、无毒、强光学吸收、低成本等而被广泛研究。TiO2纳米粒子由于具有较大的表面积,在光催化、制氢、化学传感器、敏化太阳能电池、吸附剂等方面表现优异,受到众多研究者的关注。然而,二氧化钛的光电效率受到一些因素的限制,如宽带隙和低电荷载流子转移,宽带隙使得不能利用可见光区的太阳能,因此浪费了大量太阳能。因此留给科研者的挑战是如何开发出小带隙的材料和提高光生电荷载流子寿命,实现对太阳能的最大利用:（1）先进的吸附剂对废水中的有机亚甲基蓝（MB）有较高的吸附速率和较强的吸附能力。我们用一步水热法制备了沿[010]方向生长的K2Ti8O17纳米线。K2Ti8O17纳米线是直径为几十纳米,长度为几十微米,表面光滑的线状。K2Ti8O17纳米线在pH=7时对MB的去除表现出 208.8mg·g-1的高吸收能力。MB对K2Ti8O17吸附剂的吸附在21分钟内达到平衡,97%的MB去除率,是目前报道的无机吸附剂对MB的吸附时间最短的。吸附过程与著名的赝二阶动力学模型和Langmuir等温线模型吻合较好。傅里叶变换红外测量结果表明,MB与K2Ti8O17之间的吸附主要是氢键和静电吸引。这种超快的去除能力是由于纳米线更大的（0 2 0）平面间距和锯齿状的表面结构,提供了丰富的活性吸附位点。热力学参数反映了 MB的自发吸收、放热吸收和可行吸收。这项工作突出了 K2Ti8O17纳米线作为一种低成本快速水净化中大规模吸附有机污染物的有用材料。（2）采用简单的水热法制备了新型K（0.8）Ni（0.4）Ti（1.6）O4（KNTO）层状纳米薄片。利用HRTEM对竹叶状的KNTO单晶纳米片进行了表征。对于KNTO半导体,紫外-可见漫反射光谱显示出1.88和2.08 eV的双吸收。KNTO不仅在黑暗环境中表现出对MB的吸附能力,而且对MB具有良好的光降解能力,捕获实验表明,在MB的光降解过程中,光致空穴是主要的活性物质。这项工作强调一种去除水中污染物的多功能材料。（3）采用简单的水热法合成了新型多功能锰钡矿K（1.46）Fe（0.8）Ti（7.2）O16（KFTO）。磁性KFTO微米棒呈现顶部为金字塔形的长条。在研究不同反应时间所获得的样品的相和形貌的基础上,提出了 KFTO的生长机理。计算得到的表面能证实了 KFTO的形貌。KFTO微米棒的紫外可见漫反射光谱呈现出2.01和2.16 eV的双重吸收。第一性原理研究表明,铁的双吸收和磁性来源于晶体场中Fe3+的d-d跃迁。磁性能可应用于铁磁半导体器件,双吸收可应用于可见光吸收。这项工作突出了具有低成本和环境友好的多功能KFTO单晶。
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