TiO2-SiO2复合材料应用研究进展

张翠亚，张玩涛

(1.陕西国际商贸学院，陕西 西安 712046； 2.陕西省中药绿色制造技术协同创新中心，陕西 西安 712046)

无机氧化物表面易于改性，若将不同的无机氧化物结合在一起，制备成复合材料，可呈现出特殊的协同效应，产生更优的性能[1]。TiO2-SiO2复合材料因性能优异，成为药物缓释等领域应用研究的热门材料。本文介绍近年来TiO2-SiO2复合材料在药物缓释、光催化、吸附、抗菌等领域的应用研究进展。

1 药物缓释

中空SiO2纳米微球因密度低、稳定性好、无毒害、价廉、易改性，广泛应用于医药领域[2]，适当的官能团修饰可以提升其药物的吸附和释放性能。同时，TiO2因良好的生物相容性、耐腐蚀性、耐热性、杀菌性、机械强度等，也被广泛关注，但因其载药率低，存在突释问题，限制了其在缓控释药物方面的应用，功能化修饰为该问题提供了良好解决方案[3]。

石燕[4]以共聚物微球为模板，制备了TiO2/SiO2复合中空微球，再对内层进行改性。首先，采用硬脂酸对内层二氧化钛进行疏水改性，增强其萃取、浓缩作用，以疏水性药物布洛芬为实验对象，结果表明，改性在增大其载药量的同时，还延缓了极性释放介质的进入，起到了缓释的效果。同时，考虑到卵磷脂为双层两性分子结构，可以成为疏水药物和亲水药物的良好载体，该作者利用TiO2对卵磷脂的化学吸附性(路易斯酸碱理论)，对TiO2/SiO2复合微球的中空内层进行改性，结果表明，经卵磷脂改性的微球引入了疏水长链，载药量增大，减慢了释药速率。该研究制备的中空微球内外表面性质不同，打破了仅通过调节孔径大小实现药物可控释放的局限性。

彭红霞等[5]认为无定形TiO2除与SiO2一样，具有孔道规则、表面易改性和化学性能稳定等优点外，还具备可体内荧光成像及微波-热转换特性，将SiO2、TiO2和溶解热法制备的磁性核材料Fe3O4颗粒结合，采用溶胶凝胶法和模板法将无定形SiO2与TiO2包覆在Fe3O4核表面，制备了具有磁性、发光和微波热转换特性的Fe3O4@SiO2@mTiO2介孔多功能纳米复合颗粒。分析结果表明，该材料拥有较高的饱和磁化强度、优良的微波热响应特性和发光性能，是一种优异的靶向药物传输和控释材料，并可扩展应用范围至微波热疗等领域。

2 光催化

曹培等[6]采用电子转移活化再生催化剂原子转移自由基聚合(ARGET ATRP)方法对短棒状介孔SiO2进行了亲水性聚合物接枝，采用溶胶凝胶法制备了短棒状介孔SiO2/TiO2光催化剂复合材料，在光催化降解甲基橙实验中，有效地提高了TiO2的吸附性，增强了光催化效果。

强琳辉等[7]认为纳米TiO2作为一种传统的环保型光催化剂，具有价低、易制备等优点，但却存在实际应用无法有效回收的问题。同时，考虑到多孔SiO2可耐较高温，若选用其作为载体，简单煅烧便可清除污染物，可循环使用。采用溶胶-凝胶结合溶剂置换-逐级干燥技术制备了多孔SiO2/TiO2复合催化剂，结果表明，多孔SiO2/TiO2复合催化剂光催化降解亚甲基蓝性能接近于商用纳米TiO2催化剂 P25的同时，可重复利用性能更好。

朱宁芳等[8]采用水热合成法，以钛酸四丁酯为钛源、SiO2为核，制备了壳核纳米材料SiO2/TiO2，其中TiO2晶相为锐钛矿和金红石，并将此材料应用于罗丹明 B溶液光催化分解实验。结果表明，反应时间40 min后，罗丹明 B溶液即可变为无色透明。

吴春丽等[9]采用溶胶-凝胶法将TiO2包裹在Strober-Fink-Bohn方法制备的SiO2纳米微球表面，制备了SiO2/TiO2核壳复合粒子，以浓度为20 mg·L-1的亚甲基蓝水溶液作为污染物，考察不同热处理温度制备的材料光催化性能。结果表明，400 ℃高温焙烧后，TiO2包覆层由无定型转变为锐钛矿型，此时的催化效果最好，反应时间90 min时，亚甲基蓝降解率可达到96.27%。

陈浩等[10]认为相对于纯TiO2，增加SiO2壳层可引入Si-OH键，更有利于Fe3O4@SiO2@TiO2复合物的形成，采用共沉淀法+溶胶凝胶+水热法制备出核壳结构Fe3O4@SiO2@TiO2复合物。结果表明，该复合物对罗丹明 B 脱色率可达97%，光催化性能良好。

焦琳娟等[11]采用溶胶-凝胶法制备了具有良好的磁分离特性的Fe3O4@SiO2@TiO2复合光催化剂，并探讨了Fe3+掺杂对材料光催化性能的影响。结果表明，Fe3+掺杂量为物质的量分数0.35%时，复合光催化剂性能最好，5次循环使用后催化剂回收率超过90%，降解率超过85%。

师艳婷等[12]通过撞击流-旋转填料床(IS-RPB)辅助共沉淀法制备了Fe3O4纳米颗粒后，再采用溶胶-凝胶法依次将SiO2和TiO2包覆在Fe3O4表面，制备Fe3O4/SiO2/TiO2核壳纳米颗粒。结果表明，IS-RPB辅助共沉淀法制备的Fe3O4性能优异，复合材料饱和磁化强度为5.56 emu·g-1，光照 2 h后，对苯酚降解率可达86.7%，性能优于Fe3O4/TiO2。

3 吸 附

刘真真等[13]为了提高材料的比表面积，采用层层自组装法，制备了SiO2@TiO2核壳型复合材料。高效液相色谱法测定该材料对酪蛋白磷酸肽(CPPs)的吸附率为93.0%，解吸率可达81.5%。复合材料性能优异，提高了磷酸肽的分离富集效果。

王平等[14]以硅酸钠和钛酸丁酯为原料，采用凝胶-溶胶法制备SiO2/TiO2复合催化吸附材料，并用于含氰废水处理。结果表明，该复合材料不单具有良好的吸附性能，且光催化性能良好，既能吸附水中的铜离子，又能光催化分解其中的氰根离子。

刘泽洋等[15]认为纯TiO2膜与基体表面粘附性差，表面不能长期保持亲水性，限制了其在亲水膜材料领域的应用，通过掺杂SiO2可提高TiO2薄膜的亲水性能和耐久性能。将TiO2溶胶与SiO2溶胶混合，采用提拉-浸渍法制备SiO2/TiO2混合溶胶薄膜，经焙烧处理改性，改性薄膜亲水角接近于0。

4 抗 菌

孙平等[16]认为当TiO2受到大于带隙能的光照射时，能起到杀菌作用，但粒子常常会发生团聚，若利用SiO2作为载体材料，将TiO2粒子覆盖在其表面，则不仅可减弱团聚现象，且形成的新化学键(Ti-O-Si)可降低TiO2跃迁能，同时，SiO2粒子含有的许多表面羟基(OH-)增强了体系的杀菌作用。采用溶胶-凝胶法制得SiO2/TiO2复合抗菌材料，其中，焙烧温度为200 ℃的材料对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌表现出良好的抑菌效果。

陈一凡等[17]采用溶胶-凝胶法制备载体SiO2，再通过水解法制备负载型TiO2@SiO2复合光催化材料，采用平板涂布法，检测其抗菌性能。结果发现，钛掺杂可有效提高其对大肠杆菌的抗菌效果。细菌荧光检测证明，其抗菌机理为，细胞内部迁入了复合材料所产生的活性氧，细胞体被氧化损伤。

5 扩展应用

梅迎春等[18]采用溶胶-凝胶法制备了SiO2球模板，在溶剂热法制备TiO2覆盖层过程中加入Eu(NO3)3溶液(1 moL·L-1)，成功制备了SiO2@TiO2:Eu3+微米核壳微球，其中TiO2为锐钛矿晶相。由于稀土Eu3+的引入，在紫外光激发下，该核壳微球具有非常强的红外发射功能，应用场合可拓宽至发光荧光粉、平板显示及场发射显示装备等领域。

6 结 语

TiO2-SiO2复合材料因 TiO2和 SiO2材料的复合协同，不仅继承了单成分的优点，而且赋予了其新的功能，极大地拓宽了其应用范围，优化了其性能。该复合材料在药物缓释、光催化、吸附、抗菌等相关应用领域，尤其是光催化领域表现出来的优良性能，证实了其良好的研究和应用前景，未来对其成分、结构、参数等更深入的研究，必将会使其得到进一步更好的应用。