YolK-shell結(jié)構(gòu)ZnFe2O4@RGO@TiO2復(fù)合物的吸波和光催化性能.pdf

1、Yolk-shell結(jié)構(gòu)納米材料因其空腔的存在，賦予了材料一些獨(dú)特的性能。由于入射到y(tǒng)olk-shell結(jié)構(gòu)微球內(nèi)部的光（波）在空腔內(nèi)不斷發(fā)生折射和反射，因而大大增強(qiáng)了入射光（波）的捕獲量，使其光催化和光（波）吸收性能得到進(jìn)一步的提高;且組成yolk-shell結(jié)構(gòu)材料的組分在結(jié)構(gòu)上相對獨(dú)立，仍能保持各自的特點(diǎn)，通過各組分之間的協(xié)同作用、空腔的自由移動，整體所產(chǎn)生的綜合效應(yīng)大于各組分效應(yīng)的總和，使得復(fù)合物的性能進(jìn)一步增強(qiáng)。此外，通過改變

2、復(fù)合物的組分比、空腔、核及殼層的尺寸大小，易于進(jìn)一步調(diào)節(jié)復(fù)合物的功能特性，使得yolk-shell結(jié)構(gòu)納米材料受到了科學(xué)家們的廣泛關(guān)注。
　　作為一種重要的磁性功能材料，ZnFe2O4因具有較窄的禁帶寬度一直被廣泛地應(yīng)用于光催化領(lǐng)域，但其在電磁波吸收方面的應(yīng)用卻少見報道。而且，將ZnFe2O4用于光催化，其光生電子與空穴難于分離，極大的限制了它的催化效率。石墨烯(RGO)是一種二維結(jié)構(gòu)的碳材料，大量的研究表明將RGO作為一種包覆層

3、與其他材料復(fù)合，有利于增強(qiáng)材料的性能，比傳統(tǒng)的石墨烯基復(fù)合材料具有更廣闊的應(yīng)用前景。另一方面，TiO2(SiO2)是一種經(jīng)典的半導(dǎo)體材料，其不僅具有良好的光催化性能，也是一種理想的吸波添加劑，通過其優(yōu)化復(fù)合材料的阻抗匹配，增強(qiáng)吸波劑的介電損耗性能。
　　基于此背景，本論文文以ZnFe2O4、RGO和TiO2(SiO2)為基材，通過層層包覆與選擇性刻蝕的方法合成了一系列多元復(fù)合物，并探究了它們的光催化及電磁波吸收性能?；谠撨x題，本

4、論文的研究內(nèi)容與結(jié)果如下:
　　(1)通過層層包覆的方法制備了一種層級結(jié)構(gòu)的ZnFe2O4@SiO2@RGO復(fù)合物微球，通過改變復(fù)合物中RGO的含量與SiO2的厚度探究其吸波性能的變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，樣品S-2具有最好的吸波性能，在厚度為2.8mm時，其最小反射損耗為-43.92dB，有效吸收寬帶(≤-10dB)高達(dá)6.0GHz（12～18GHz）。對復(fù)合物的吸波機(jī)理進(jìn)一步研究表明，復(fù)合物良好的電磁波吸收性能來源于RGO的導(dǎo)電損耗和介

5、電損耗、ZnFe2O4的磁損耗以及ZnFe2O4、SiO2、RGO三者之間的界面極化與弛豫效應(yīng)共同作用的結(jié)果，且SiO2良好的透波性增強(qiáng)了ZnFe2O4@SiO2@RGO復(fù)合物的阻抗匹配特性，進(jìn)一步促進(jìn)了其對電磁波的吸收。
　　(2)將光催化性能優(yōu)異的ZnFe2O4與TiO2通過RGO復(fù)合起來，制備出層級結(jié)構(gòu)的ZnFe2O4@RGO@TiO2復(fù)合物催化劑，用來可見光催化降解富里酸(FA).通過探究實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，H2O2用量、溶液pH值

6、以及催化劑投料量都對復(fù)合物的催化活性具有一定的影響，在最優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件下，催化劑對FA的降解率高達(dá)93.6％。催化劑的重復(fù)使用和穩(wěn)定性能良好，循環(huán)使用五次后的降解效率仍高達(dá)90％。復(fù)合物增強(qiáng)的催化性能來源于RGO的吸附性、ZnFe2O4的光芬頓以及TiO2的光催化的協(xié)同作用。
　　(3)在(1)中制得的層級結(jié)構(gòu)ZnFe2O4@SiO2@RGO的基礎(chǔ)上進(jìn)一步包覆一層TiO2，然后選擇性刻蝕掉SiO2得到y(tǒng)olk-shell結(jié)構(gòu)的ZnF

7、e2O4@RGO@TiO2復(fù)合物微球。通過改變TEOS的量得到一系列具有不同空腔及殼層厚度的ZnFe2O4@RGO@TiO2復(fù)合物微球，并探究其電磁波吸收性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，yolk-shell結(jié)構(gòu)復(fù)合物比ZnFe2O4和層級結(jié)構(gòu)的ZnFe2O4@SiO2@RGO@TiO2具有更好的高頻吸波性能。其中，空腔大小為～190nm、TiO2殼層厚度為～45nm的yolk-shell樣品表現(xiàn)出最優(yōu)的反射損耗，在15.92GHz時為-44.3dB