SiO2/NiTiO3包覆NiFe2O4纳米颗粒的合成及其增强的光催化降解四环素性能研究

本研究针对水体中抗生素污染难题，通过机械化学-超声复合技术成功制备了NiFe2O4/SiO2/NiTiO3核壳纳米材料。该材料在可见光下60分钟内实现98%四环素降解率，兼具磁回收特性，为环境修复提供了新型高效光催化剂解决方案。

　　

抗生素污染已成为全球水环境治理的严峻挑战。四环素（TC）作为使用量第二大的抗生素，因其化学稳定性在自然环境中可残留数月，不仅破坏水生生态系统，更会诱导产生"超级细菌"。传统水处理技术对这类污染物束手无策，开发新型高效的光催化材料迫在眉睫。

伊朗科学技术大学的Rezvaneh Amrollahi团队独辟蹊径，将磁性镍铁氧体（NiFe₂O₄）与钛酸镍（NiTiO₃）这两种功能材料"强强联合"，通过巧妙的SiO₂中间层设计，构建出具有核壳结构的纳米反应器。这种设计既保留了磁性材料的回收优势，又解决了传统光催化剂效率低、易团聚的痛点，相关成果发表在《Heliyon》期刊。

研究采用机械化学-超声协同的绿色合成路线：先通过球磨法制备22nm的NiFe₂O₄磁核，再经超声辅助依次包覆SiO₂隔离层和NiTiO₃光催化壳层，最终获得47nm的核壳结构。通过XRD、TEM、VSM等技术系统表征了材料特性，并以TC为模型污染物评估光催化性能。

【材料表征】

FT-IR证实材料成功去除有机残留，存在Ni-O-Fe（580cm^-1）和Ti-O（734cm^-1）特征峰。XRD显示核壳材料同时具备NiFe₂O₄立方相和NiTiO₃菱方相晶型，SiO₂层导致磁核衍射峰强度减弱。

【形貌分析】

TEM清晰显示核壳结构，磁核因强磁性严重团聚，而核壳材料分散性显著改善。EDX证实元素组成符合设计，Ni/Ti含量比升高印证了NiTiO₃外壳的成功构建。

【性能测试】

带隙测试显示核壳材料吸收边红移至2.55eV，可见光利用率提升。光催化实验表明，其TC降解率（98%）远超单一NiFe₂O₄（67%），且经3次循环仍保持90%以上活性。VSM测试显示核壳材料饱和磁化强度降至18.4emu/g，但仍满足磁分离需求。

【作用机制】

能带分析揭示了Z型异质结机制：可见光激发下，NiTiO₃的导带电子（-0.25eV）与NiFe₂O₄的价带空穴（1.1eV）复合，保留强氧化性的NiTiO₃空穴（2.45eV）和NiFe₂O₄电子（-0.6eV），后者将O₂转化为·O₂^-自由基，实现TC的高效降解。

这项研究通过创新的核壳结构设计，成功解决了磁性光催化剂效率低与回收难的两难问题。材料在pH5-7的中性水体中表现最佳，60分钟快速降解TC的特性使其具备实际应用潜力。特别是磁回收特性可降低处理成本，为应对抗生素污染危机提供了新思路。未来通过调控壳层厚度优化电荷传输效率，有望进一步提升材料性能。