球形聚电解质刷（SPB）是一种具有核壳结构的纳米粒子，可通过组装为刷形的聚电解质壳层的Donnan效应高效富集反离子，广泛应用于蛋白质可控吸附、纳米催化和表面改性等领域。二氧化钛(TiO₂)空心纳米颗粒具有光催化应用的巨大潜力，但其直接制备和精确结构控制仍然具有挑战性。因此，利用球形聚电解质刷可控制备空心TiO₂纳米颗粒具有重要意义。

      基于上述背景，华东理工大学化工学院郭旭虹教授课题组利用球形聚电解质刷作为纳米反应器和模板制备可调空心TiO₂纳米粒子（图1）。在制备过程中，利用小角X射线散射（SAXS）并结合TEM（图2）对SPB@TiO₂结构的演变进行了研究。

图1 SPB@TiO₂和空心TiO₂的合成示意图。

图2 SPB、SPB@TiO₂和空心TiO₂的TEM图。

      SAXS结果显示出了球形纳米粒子典型的震荡峰，而电子密度的显著增加证实了SPB中TiO₂壳层的形成（图3），通过拟合SAXS数据分析了其内部结构，并研究了TBOT和氨水浓度（图4）对其结构的影响规律。

图3 （a）SAXS散射曲线（PS 纳米粒子、SPB和SPB@TiO₂），其中实线表示拟合结果；（b）SPB和SPB@TiO₂的径向过剩电子强度曲线。

图4 氨水浓度对TiO₂生成的影响。

       在马弗炉中煅烧SPB@TiO₂后得到了空心TiO₂纳米粒子。经X射线衍射（XRD）分析证实，煅烧引发了其向锐钛矿晶体的转变。利用中空结构的优势，这些TiO₂纳米粒子对染料、抗生素等污染物显示出卓越的催化降解效果（图5），并且具有可回收性。

图5 （a）SPB、SPB@TiO₂、空心TiO₂和P25的XRD图谱；（b）氮气吸附等温线，插图为空心TiO₂的孔径分布图；（c）SPB、SPB@TiO₂和空心TiO₂的UV-DRS光谱，插图为Tauc’s图；在黑暗中预先吸收污染物的光催化降解曲线：（d）亚甲基蓝；（e）四环素。

       该工作发表在Chinese Journal of Polymer Science的"Charged Polymers"专辑。张宇华博士研究生是该论文的第一作者，李莉教授和郭旭虹教授为通信联系人。

原文信息：

Spherical Polyelectrolyte Brush Nanoreactor: Preparation of Hollow TiO₂ Nanospheres and Characterization by Small Angle X-Ray Scattering

Zhang, Y. H.; Zhang, Z. Y.; Liu, X.; Ma, E. G.; Guo, J. T.; Li, L.; Guo, X. H.

Chinese J. Polym. Sci.

DOI: 10.1007/s10118-024-3202-9