ZnTi-LDHs纳米片的制备及其可见光抗菌性能研究

　　目前，寻找新型光催化剂以更好利用太阳能，对于能源利用、环境保护具有重要意义。TiO₂基材料是应用最为广泛的光催化材料，但是其大的禁带宽度（3.2 eV）仅对紫外光有响应，无法利用可见光。人们通过各种方法引入Ti³⁺缺陷位，以降低TiO₂基材料的带隙：高温真空热处理、化学气相沉积、高能量粒子轰击等。但是，这些方法一般需要繁琐、苛刻的合成条件，以及昂贵的设备等，限制了实际应用。因此，发展新方法、新技术以获得具有可见光响应的催化剂仍然是一个很大的挑战。 

　　北京化工大学段雪教授、卫敏教授课题组与牛津大学Dermot O’Hare教授课题组合作，采用反相微乳液方法，制备了Ti³⁺掺杂的ZnTi水滑石纳米片（ZnTi-LDH-NS），在可见光照射下显示了很好的抗菌（大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、酵母菌）性能。采用EXAFS、XPS和PL证实了LDHs纳米片表面的Ti³⁺缺陷位作为光生电子的受限位降低了电子-空穴的复合几率。该LDHs纳米片与纳米粒子（ZnTi-LDH-Bulk）相比，吸收光谱明显红移，有效拓展了可见光的利用率。该Ti³⁺活性位掺杂的可见光型LDHs催化剂在太阳能利用以及杀菌方面具有潜在的应用价值。相关工作发表于国际期刊J. Mater. Chem. B 2013, 1, 5988。 　　 

　　图 1 (a) rutile TiO₂, (b) ZnTi-LDH-Bulk, (c) ZnTi-LDH-NS的Ti K边的XANES结果(A)以及其k2傅里叶变换结果(B)。 

　　采用X射线近边吸收谱学（XANES）对几种含Ti化合物（rutile TiO₂, ZnTi-LDH-Bulk, ZnTi-LDH-NS）的Ti K边进行了表征，如图1A所示。ZnTi-LDH-NS的K边最大吸收峰在~4985 eV，相比ZnTi-LDH-Bulk 和rutile TiO₂的峰值（~4987 eV）降低了2 eV，说明ZnTi-LDH-NS的Ti物种存在一种低氧化态的状态（Ti^d+, 3<d<4）。采用XPS技术进一步得到了证实。傅里叶变换的Ti K边EXAFS（图1B）以及对应的Ti配位信息显示了ZnTi-LDH-NS中Ti的八面体配位扭曲度更大，结构无序度增加。 

　　通过与北京同步辐射装置的合作，对LDHs光催化剂的微观结构进行了系统表征，深入揭示了材料的缺陷结构与可见光响应行为的内在关联。该手段是研究者深入认识纳米材料配位环境和缺陷结构的必要技术。

 　　发表文章： 

　　Yufei Zhao, Chengle J. Wang, Wa Gao, Qiang Wang, Bei Li, Lirong Zheng, Min Wei,* David G. Evans, Xue Duan, Dermot O’Hare*, Synthesis and antimicrobial activity of ZnTi–layered double hydroxide nanosheets, J. Mater. Chem. B, 2013, 1, 5988.