【科技之声】Au-TiO2 气凝胶——化学战剂的3D吸附氧化剂

水解作用是目前有机磷类化学战剂常用的洗消原理。但是水解作用往往不能应用于防护涂层和防护服。同时，对于V类毒剂和芥子气，水解作用的洗消效果非常有限。

1993年，Haruta等在通过浸泡，在纳米TiO2, Fe2O3,Co3O4表面沉积了2-3 nm的Au纳米颗粒，制备了具有2D结构的有机磷化学战剂的吸附氧化剂。这种氧化剂能在吸附化学战剂的同时吸收活性氧，使得毒剂或模拟剂在材料表面被氧化。虽然反应活性明显提高，但是氧化反应被限制在了单一的金颗粒周围，如果金颗粒发生团聚，反应位点将大大减少。同时，反应产生的磷酸盐、碳酸盐累积也会使得材料失去作用。

为了解决这一问题，D.R. Rolison等制备了Au（~6 nm）掺杂TiO2（~10 nm）的复合物气凝胶，形成了颗粒大小相似的“围栏”状结构，将其用作具有3D结构的催化氧化剂。

气凝胶是一种超轻的以气体为分散介质的具有三维网络结构的多孔性凝聚态物质，其孔隙率可以达到 80~99.8%，典型的孔洞尺寸在1~100nm之间，属于介观物质，是迄今为止密度最小的一种凝聚态固体物质。这种具有海绵状开孔结构的材料比表面积大，可在纳米级的微观尺度上控制材料结构，使其具有许多独特的性能，如密度低、气孔率高、热导率低、折射率低、化学稳定性好、声波传输速率低、抗腐蚀性强等，这些优良的特性也让它在多个领域都有着重要的应用价值。

基于气凝胶的上述优良特性，相比之前的Au-TiO2 2D材料，Au-TiO2气凝胶在化学战剂的催化氧化中有以下几个优点：1、TiO2颗粒周围有多个大小相似的Au颗粒接触位点；2、材料的高比表面积（~150 m2/g）有利于毒剂的吸附；3、每个Au颗粒被多个TiO2连接固定，防止其团聚；4、气凝胶的三维网络结构为离子提供了多方向的扩散通道，有效防止了碳酸盐等产物的累积；5、较低的热导率可使材料局部温度升高，促进氧化反应进行。

结果表明，Au-TiO2气凝胶表现出较对模拟剂DMMP和DMS良好的吸附和氧化降解作用。该研究为金属掺杂性纳米吸附反应材料的制备和性能优化提供了新的思路。