近几十年来，环境污染已经成为全球范围内关注的问题。这其中对人类健康威胁较大的是水体中的有机物污染，主要来源于制药、杀虫剂、包装、印染等工业产生的废水，以及药物和杀虫剂的滥用。因此发展环境友好，可大规模化的有机污染物治理技术成为当务之急，比如光催化技术，可以直接利用光照来将各类有机化合物分解。
当前，氧化钛是最常用的商业化光催化剂，虽然它的材料成本低，但因为带隙宽，所以只在紫外光下才具有活性。当前的研究主要集中在两个方向：通过带隙工程提高材料在长波长波段的光活性；纳米化以提高表面积和减小电子-空穴复合，从而提高光催化效率。虽然通过减小光催化剂的尺寸能有效提高光催化效率，但是随之而来的问题是如何将其从溶液中有效去除以避免二次污染。一个有效的解决方法是在纳米光催化剂中引入磁性，这样就很容易通过外加磁场来实现回收。过去，研究人员通常是将光催化剂与磁性颗粒比如Fe3O4或Fe2O3等进行复合，形成异质结来实现这一功能。这种复合结构的制备过程比较复杂，热稳定性和光催化效率都有待提高。
最近，陆亚林课题组提出了多参量复合功能材料的概念，目的是在单相材料中实现多种功能的集成。课题组选取了Aurivillius相的铋系层状钙钛矿材料作为母体材料，博士生李晓宁首先用水热法成功制备了Aurivillius相的Bi7Fe3Ti3O21 (BFTO)纳米架，该材料不仅具有显著的可见光光催化降解污染物的能力，而且具有室温下的弱磁性和铁电性，其框架结构还可以有效阻止磁性引起的纳米颗粒团聚问题（Visible Light Responsible Bi7Fe3Ti3O21 Nanoshelf Photocatalyst with Ferroelectricity and Ferromagnetism, J. Mater. Chem. A, 2, 13366, 2014）。在此基础上，李晓宁等又在该材料中成功引入了钴元素。高分辨电子显微镜、同步辐射等技术证实Bi7Fe3-xCoxTi3O21 (BFCTO)中磁性Co/Fe离子之间的相互作用能大大提高材料在室温下的磁性，实现了室温下纳米光催化剂的磁回收和循环使用。并且掺杂Co元素也引入了新的电子能级，能将光催化剂的响应波长扩展到800 nm。为模拟对实际的工业污水处理，研究人员进一步验证了光催化剂在高温粘稠溶液中的磁回收和光催化效果（Multifunctional Single-Phase Photocatalysts: Extended Near InfraredPhotoactivity and Reliable Magnetic Recyclability, Sci. Rep., 5, 15511, 2015）。同时，相关的工作还获得了中国发明专利授权（ZL201410370584.1）。
上述研究工作得到了科技部国家重大研究计划、中科院前沿科学重大突破择优支持等项目的资助。
BFCTO纳米材料的光催化和室温磁性
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BFCTO纳米光催化剂在不同粘度溶液中的回收效果和循环使用效果
