硅/钛氧化物-石墨烯纳米复合材料协同催化降解结晶紫染料的机理与性能研究

为解决工业染料废水难降解问题，研究人员通过溶胶-凝胶法合成TiO2/GO和SiO2/GO纳米复合材料，系统评估其对甲基紫染料的吸附与光催化降解性能。结果表明SiO2/GO复合物降解效率最优，为环境污染物治理提供了新型高效催化剂。

　　

工业染料污染正严重威胁全球水资源安全，其中结晶紫（CV）等三苯甲烷类染料因致癌性和环境持久性备受关注。传统水处理技术难以有效降解这类污染物，而基于半导体材料的光催化技术虽具有潜力，却面临可见光响应弱、电子-空穴复合快等瓶颈。针对这一挑战，国内研究人员在《Journal of the Indian Chemical Society》发表研究，通过设计硅/钛氧化物-石墨烯纳米复合材料，实现了染料的高效降解。

研究采用溶胶-凝胶法制备TiO₂、SiO₂及其石墨烯氧化物（GO）复合材料，运用X射线衍射（XRD）、扫描电镜-能谱（SEM-EDX）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和zeta电位等技术表征材料特性，并通过动力学模型解析降解机制。

Synthesis of GO, TiO₂, and SiO₂
采用Hummers法制备GO，通过钛酸四丁酯和正硅酸乙酯分别水解合成TiO₂和SiO₂纳米颗粒，再与GO复合形成异质结构。

Structural Analysis and Surface Charge Characteristics
XRD显示TiO₂为锐钛矿晶型（特征峰24.8°），SiO₂呈无定形态；SEM证实GO的加入使TiO₂粒径从50nm减小至20nm；zeta电位表明SiO₂/GO表面负电荷量最高（-35mV），有利于染料吸附。

Conclusion
GO/SiO₂复合材料展现出最优降解效率（96%），其伪一级动力学常数是纯TiO₂的3倍。GO的引入通过减小带隙、促进电荷分离和增加比表面积（BET显示比表面积提升40%），显著增强光催化活性。

该研究为设计高效环境修复材料提供了新思路，特别是揭示了硅基材料与GO的协同效应。CRediT署名显示Lubna Tabassam和Muhammad Sultan为通讯与第一作者，团队通过多学科交叉方法推动了纳米催化技术的实际应用。研究不仅证实GO复合策略的普适性，还为工业废水处理提供了可规模化的解决方案。