近年来,纳米材料因其优异的性能而受到广泛关注。这些性能主要归因于它们的形态学、化学、结构和电子特性[1]、[2]、[3]。众所周知,纳米颗粒的结构对其性能具有重要影响[4]、[5]。
目前已开发出多种方法来控制纳米材料的尺寸并调控其形态。其中,湿化学方法具有显著优势,如成本低、污染少且无需复杂设备。
通过调整纳米材料的尺寸、形状和组成等形态特征,可以改善其性能,这些特征可能涉及生物相互作用及相关应用,例如药物输送[6]。
例如,宽带隙壳层的核壳纳米结构可以限制电子-空穴复合,从而在核心内部产生势垒,进而提高荧光和量子效率等光学性能。另一方面,当金属元素作为壳层时,可以引发表面等离子体共振,增强传感、成像和光热治疗效果,因为这会增强电磁场[7]。这将有助于开发新的纳米技术策略,减少该领域的局限性[8]。
目前,核壳纳米结构的研究备受关注[9]。例如,研究人员通过改进量子点(QD)太阳能电池的核壳结构,使其开路电压(Voc)提高了64.30%,从而提升了光电学、太阳能电池[11]和光催化剂[12]等技术的性能[10]。此外,还有研究总结了基于金属氧化物(包括TiO2、ZnO、WO3、Fe2O3、BiVO4)的光电化学(PEC)水分解领域的最新进展[14]。
采用简单的两步化学工艺制备了分散良好的ZnO(核心)/Ag(壳层)纳米结构[15]。该方法为ZnO纳米颗粒的表面功能化提供了实用手段,并实现了Ag的精确调控涂层。ZnO:Ag杂化纳米结构中高效的金属-半导体界面显著增强了紫外发射[16]。
ZnO[17]、TiO2?-银(Ag)[19]、ZnO量子点[20]、TiO2纳米针[22]和铜(Cu)[23]等异质结构因其出色的光催化性能而具有重要意义,使其成为染料降解的理想化合物。将ZnO、TiO2、Ag和Cu等多种纳米材料结合使用,可以形成具有独特优势的多孔分层结构[24]、[25]。例如,Ag纳米颗粒具有抗菌性能,可防止生物污染并保持催化效率[26];Cu纳米颗粒则能增强电荷传输和电子存储能力[27],从而提升整体光催化效果[28]。
因此,这些化合物在废水处理中显示出降解RhB染料的潜力。采用溶胶-凝胶[29]、化学沉积[30]和水热[31]等多种方法制备纳米复合材料,可以精确控制纳米颗粒的形状、尺寸和分布,从而实现高效的光催化效果。此外,研究人员发现了稳定纳米复合材料的表面活性剂,防止其聚集并提高其稳定性,这对实际应用至关重要[32]、[33]、[34]。
最新研究表明,异质结构设计、缺陷生成和结构调控是提高半导体纳米材料性能的有效方法。采用这些方法处理的TiO2基光电电极性能得到了显著提升[35]。此外,CoMoO4基异质结构中的氧空位管理和稀土掺杂有效提高了光催化和电化学活性,因为它们促进了界面电荷的快速传输和更多活性表面的形成。表面活性剂辅助的制备技术也有助于制备具有更好形态控制和电化学性能的多孔纳米复合材料[36]、[37]。受这些发现的启发,本研究重点制备了具有优异结构和形态特性的TiO2基异质纳米颗粒,以满足多种功能需求。
本研究的创新之处在于通过简单步骤在低温下化学制备了TiO2/(AgO-CuO/ZnO)核壳异质结构。该异质结构的界面由TiO2纳米颗粒与Ag、Zn和Cu硝酸盐反应形成。本研究旨在制备并表征由TiO2、ZnO、CuO和AgO组成的多功能纳米复合材料,以改善其在多种纳米尺度应用中的结构和性能。