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

为解决抗生素污染水体治理难题，Rezvaneh Amrollahi团队通过机械化学-超声复合技术成功制备NiFe2O4/SiO2/NiTiO3核壳纳米材料。该材料在可见光下60分钟实现98%四环素降解率，磁回收特性与稳定性能为水处理提供新型高效光催化剂解决方案。

　　

随着抗生素在环境中的持续累积，四环素（TC）污染已成为全球性健康威胁。这种顽固性污染物不仅破坏水生生态系统，更会诱导耐药菌的产生——世界卫生组织已将其列为"21世纪最大公共卫生挑战之一"。传统水处理技术对TC的去除效率低下，而半导体光催化技术虽具潜力，却面临载流子复合率高、催化剂回收困难等瓶颈。伊朗科技大学Rezvaneh Amrollahi团队在《Heliyon》发表的研究，通过精巧的核壳结构设计，为这一难题提供了创新解决方案。

研究采用机械化学研磨与超声处理相结合的绿色合成路线，先通过1800 rpm高速球磨制备22 nm的磁性NiFe₂O₄核心，再依次包覆SiO₂隔离层和NiTiO₃光催化壳层。关键技术包括：X射线衍射（XRD）验证晶体结构，振动样品磁强计（VSM）测试磁性能，紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）测定2.55 eV带隙，以及透射电镜（TEM）确认47 nm核壳形貌。

【结构表征】XRD显示产物具有立方相NiFe₂O₄（JCPDS 088-0380）和菱方相NiTiO₃（JCPDS 33-0960）的复合特征。FT-IR在574 cm^-1和734 cm^-1分别检出Fe-O和Ti-O特征峰，证实异质结构形成。

【磁学性能】VSM测试表明核壳结构使饱和磁化强度从41.5 emu/g降至18.4 emu/g，但0.11的方形比（SQR）仍保证超顺磁性，可通过外加磁场高效回收。

【光催化机制】能带分析揭示NiTiO₃的导带（-0.25 eV）能捕获NiFe₂O₄的激发电子（-0.6 eV），而NiFe₂O₄的价带空穴（1.1 eV）可直接氧化TC分子。SiO₂中间层有效抑制了颗粒团聚和电荷复合。

【降解性能】在pH=7、室温条件下，60分钟内实现98% TC降解，速率常数达0.021 min^-1，较纯NiFe₂O₄提升46%。三次循环后效率仍保持95%以上，展现优异稳定性。

该研究通过"磁核-介电层-光催化壳"的梯度设计，巧妙整合了NiFe₂O₄的磁回收优势与NiTiO₃的可见光响应特性。特别是SiO₂夹层的引入，既缓解了磁性颗粒团聚，又构建了电子传输通道，为开发环境友好型纳米光催化剂提供了新范式。这项工作不仅为抗生素污染治理提供了可行方案，其模块化合成策略也可拓展至其他多金属氧化物体系的设计。