应用超声化学法制备纳米材料
超声化学法制备纳米WO3及其光催化氧化性能研究

取3 mL正 丁 醇 、g TA 4 C B和 2 mL环 己烷 置于 10 0 0 mL烧 杯 中 , 拌 混合 均 匀后 , 入 0 8gNaWO 搅 加 . ・ 2 o( l 水溶解 ) 在超 声 振荡 条 件下 , 加 3 l L HC , p H: 加 Oml , 滴 mo ・ — 1至 Hi l 滴加 结束 后 , 续在 室温下 超 , 继 声振 荡 3 n 体系呈 白色半 透 明状 , 置 陈化 2 , 少 量 白色 胶 状 沉 淀 析 出 , 心 分 离 沉 淀 , 0mi , 静 4h 有 离 弃去 清液 , 沉淀 物分 别用蒸馏 水 、 乙醇依 次洗 涤几 次 , 温下 真 空 干燥 几 天 , 玛瑙 研 钵 研 磨 8mi, 得产 物 经 5 0 常 用 n所 0 ℃ 恒温 3h脱 除结 晶水 , 即得 白色粉 末状 产 物 。
法等, 溶胶 一凝胶法 工艺相 对操 作简 单 , 凝胶 过程 中 , 但 由于胶 体粒 子具有 巨大的 比表 面 自由能 , 热力学上 在
是 不稳定 的 , 自动 聚结的趋 势而 发生 团聚 。此外 , 胶颗 粒表 面 上 的 自由水 分 子 与 自由羟基 形 成 氢键 , 有 凝 当
颗 粒彼此 紧密接 近时 , 分子 和相邻 颗粒 表面 上 的羟 基也 形成 氢键 , 生桥 接 作 用 而进 一 步形 成 硬 团聚 , 水 产 影
3h 将 得到 的产 物纳 米 WO。 在紫外 光照 射下 , , , 降解 亚 甲基 蓝溶液 。通 过 实验 研 究 了亚 甲基 蓝 的初始 浓度 、 反应 时间 、 三氧化钨 的用 量和 双氧水 的用 量等 一系列不 同条件 对 WO 催 化 活性 的影 响 。结 果表 明 , 具 WO 有 较好 的光 催化活 性和 良好 的稳 定性 。
超声化学制备ZnO单分散纳米球及光学性能

21 0 2年 5月 第2 2卷 第 2 期
Ju a o e i nvr t( a r c ne) or l f f i sy N t a Si cs n H eU e i ul e
Ma 0 2 Vo . 2 N . v2 1 12 o 2
S no h m ia e r to fM o o ip r e o c e c lPr pa a i n o n d s e s d ZnO Na o p r s a d Op ia o r i s n s he e n tc lPr pe te
D ENG C o gh i .XU J n c a 。HU Ha . i h n — a u -h n n me
( .D pr et f h m cl n tr l E g er g He i nvrt, fi 2 02 ; 1 eat n o C e i dMa i s n i e n , f iesy He 3 0 2 m aa ea n i eU i e 2 col f t a n hmc n i e n , n u U i r t o r icue e i 2 0 2 , hn ) .Sho o Ma r l adC e i E g er g A h i n e i f c t tr,H f 3 0 2 C i e s i l a n i vs y A h e e a
~
3 n a e b a n d, r s e t ey. Th s Zn 40 m r o t i e e p ci l v ee O n n s h r s a e ef s e ld b 0 ~ 2 n a o p e e r s l -a s mbe y 2 5 m
纳米材料制备和应用技术研究

纳米材料制备和应用技术研究一、纳米材料制备技术纳米材料是以纳米尺度为特征尺度的物质,具有晶粒级数、尺寸等特殊性质,广泛应用于能源、材料、环境等领域。
纳米材料制备技术的发展极大地推动了纳米材料的应用。
目前,纳米材料的制备方法主要有几种:1. 物理制备法物理制备法主要包括机械法、蒸发凝聚法、纳米微影技术等。
其中,在机械法制备纳米材料的方法中,超声波震荡折叠技术是最常用的方法之一。
这种方法采用超声波高频震荡、牵引力和折叠等多种力学效应作用于金属,使其在有限次折叠后出现纳米晶粒,从而实现纳米材料制备。
2. 化学制备法化学制备法主要包括溶胶凝胶法、水热法、电化学制备法等。
其中水热法是较为常见的一种方法。
该方法通过控制温度、压力、pH值等参数,使单质或化合物在特定环境条件下热液处理,得到具有纳米特征的材料。
此外,还有微乳液法、胶体化学法、聚合物模板法等化学制备法。
二、纳米材料应用技术纳米材料应用技术在各种领域推动了革命性的变化,下面列举几种纳米材料的应用:1. 纳米催化剂技术纳米材料可以作为催化剂,在能源、环保、新材料等领域中发挥至关重要的作用。
利用纳米催化剂可实现对废水、废气的清洁处理,以及延长催化剂的使用寿命等。
2. 纳米材料在能源领域的应用纳米材料应用于能源领域是目前的研究热点,如纳米材料在生物燃料电池领域的应用、纳米太阳能电池等。
纳米材料大小、形态等方面的特性使其在能源领域具有广泛应用前景。
3. 纳米材料在生物医学领域的应用纳米材料在生物医学领域的应用是热点领域之一,如纳米药物在癌症治疗中的应用。
纳米材料通过其特异性的体内和体外分布,可在小剂量下达到较好的疗效。
4. 纳米传感器技术纳米传感器技术是当前应用前景广泛的领域之一。
纳米材料作为传感器材料,可以实现对环境、食品、化学品等多方面的监测,更好地维护人类的健康和环境的安全。
三、纳米材料市场发展前景随着纳米科技的飞速发展,国内外纳米材料技术研究越来越多,纳米材料的应用领域得到了极大的拓展,其市场发展前景也越来越受到关注。
超声波在制备纳米材料中的应用研究

超声波在制备纳米材料中的应用研究近年来,纳米材料因其独特的物理、化学和生物学特性备受关注。
制备纳米材料的方法众多,而超声波法是其中一种得到广泛应用的方法。
该方法具有无需使用有机溶剂、低温、高效、易于实现等优点,因此备受青睐。
本文将介绍超声波在制备纳米材料中的应用研究。
一、超声波介绍超声波在物理学中特指频率高于20kHz的声波。
不同于普通声学,在物质中产生局部区域的极高压力和温度。
声波在超声波设备中通过振动水或其他溶液来形成。
在声波通过溶液时,其中每个分子都随着声波分别上下振动,形成一种可人耳听到的声音。
随着声波强度的升高,溶液中发生很多化学反应,使得溶液发生变化。
二、超声波制备纳米材料的原理及方法超声波制备纳米材料的原理是通过声波的剧烈振动,撕裂固体材料或液态物质,从而得到纳米颗粒。
超声波制备纳米材料的原理简单,但是实际操作过程不易控制,一些调查表明,超声波声场的振幅和波长会影响纳米粒子的大小和分布。
因此,在实践中,通过调整声场频率、声场振幅和溶液浓度,来控制纳米颗粒的大小和分布。
超声波制备纳米材料的方法主要分为两种:一是直接超声辐射纳米材料,将固态或液态原料直接暴露于声场中进行超声波加热、分解;二是超声波辅助法,也称为超声波处理法,是指在纳米材料的制备过程中,通过加入超声波来改善原材料分解、沉淀和结晶的过程。
两种方法的区别在于前者使用超声波构筑纳米颗粒,而后者则通过超声波加速纳米颗粒的形成过程。
三、超声波制备纳米材料的应用超声波制备纳米材料的应用范围广泛,包括催化剂、电极材料、生物医学、环境保护等。
以下将从催化剂、电极材料两方面给出具体例子。
催化剂催化剂是用于加速化学反应的物质。
通常,高质量的催化剂需要具有高阳极活性和低反应温度/环境。
超声波方法制备金属氧化物制备成的催化剂具有高载荷和结构简单等特点。
特别是,超声波法还可用于制备有特殊形状的催化剂,如桶形、花状、球形等。
电极材料电极材料用于电池和超级电容器的生产中。
超声辅助合成材料的研究及其应用

超声辅助合成材料的研究及其应用超声是指波长小于20kHz的声波,它是一种具有高强度、高功率、高密度能量的物理能量。
近年来,在材料科学领域,超声已被广泛用于材料加工和材料改性。
超声辅助材料合成是一项利用超声波的能量来增强材料的反应速度、提高反应效率和产物品质的技术。
本文将探讨超声辅助合成材料的研究进展及其应用。
一、超声辅助合成材料的机理声波的传播是由压缩波和拉伸波所组成的,当超声波作用于反应体系时,它能够产生一系列的效应,包括涡流、湍流、破碎和折叠等,这些效应可以使物质分子之间的距离缩短,分子之间的相互作用增强,从而提高反应速度和产物品质。
1. 涡流效应涡流是指超声波作用下产生的流体旋转运动,它可以使反应物分子之间的相互作用增加,从而促进反应的进行。
2. 湍流效应湍流是指流体中的流动变得不规则和混乱,这种混乱的运动可以增加分子之间的相互作用,加快反应的进行。
3. 破碎效应超声波的波动作用下,一个粒子在介质中运动时会受到压缩和拉伸力的作用,这种力的作用可以使粒子表面的结构发生断裂,同时也可以使分散状态的颗粒聚集成块,形成新的反应体系。
4. 折叠效应超声波的作用可以使反应体系中的物质发生起伏运动和折叠运动,使物质分子的受力变化,从而改变分子的构型,影响反应的速度和效果。
二、超声辅助合成材料的应用在材料科学领域,超声辅助合成材料已被广泛应用于缩短反应时间、提高反应效率、改善产物质量等方面。
下面分别从树脂、陶瓷、金属三个方面来探讨超声辅助合成材料的应用。
1. 超声辅助树脂固化树脂是一种重要的高分子材料,在制备复合材料、模型制作、涂料涂装等领域有着广泛应用。
在树脂固化过程中,超声波可以增加固化剂分子之间的碰撞频率,加快反应速度。
同时,超声波还可以使反应溶液中的气泡消除,防止在固化过程中产生孔洞,提高了固化剂和树脂的固化效率和品质。
2. 超声辅助陶瓷制备陶瓷是一种耐高温、耐腐蚀、硬度高的非金属材料,广泛应用于航空、电子、汽车等高技术产业。
电化学在制备纳米材料方面的应用

电化学在制备纳米材料方面的应用摘要:应用电化学方法制备纳米材料是近年来发展起来的一项新技术。
本文对应用电化学技术制备纳米材料的方法进行分类,着重介绍了电化学沉积法、电弧法、超声电化学法和电化学腐蚀法,并对其应用前景做了展望。
关键词:电化学纳米材料电沉积1 前言纳米材料和纳米技术被广泛认为是二十一世纪最重要的新型材料和科技领域之一。
纳米材料是指任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料。
当材料的粒子尺寸小至纳米级时,材料就具有普通材料所不具备的三大效应:(1)小尺寸效应,指当纳米粒子的尺寸与传统电子的德布罗意波长以及超导体的相干波长等物理尺寸相当或更小时,其周期性的边界条件将被破坏,光吸收、电磁、化学活性、催化等性质发生很大变化的效应;(2)表面效应,指纳米微粒表面原子与总原子数之比。
纳米微粒尺寸小,表面能高,位于表面的原子占相当大的比例。
随着粒径减小,表面原子数迅速增加。
由于表面原子数增加,原子配位不足及高的表面能,使得这些表面原子具有高的活性,极不稳定,使其在催化、吸附等方面具有常规材料无法比拟的优越性;(3)宏观量子隧道效应。
微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。
研究发现,一些宏观量,如纳米粒子的磁化强度、量子相干器件中的磁通量也具有隧道效应,称为宏观量子隧道效应。
正是由于纳米材料具有上面的三大效应,才使它表现出:(1)高强度和高韧性;(2)高热膨胀系数、高比热容和低熔点;(3)异常的导电率和磁化率;(4)极强的吸波性;(5)高扩散性等令人难以置信的奇特的宏观物理特性。
自1991年Iijima首次制备了碳纳米管以来,一维纳米材料由于具有许多独特的性质和广阔的应用前景而引起了人们的广泛关注。
纳米结构无机材料因具有特殊的电、光、机械和热性质而受到人们越来越多的重视。
美国自1991年开始把纳米技术列入“政府关键技术”,我国的自然科学基金等各种项目和研究机构都把纳米材料和纳米技术列为重点研究项目。
实验七-实验报告

实验七:超声化学法制备纳米多孔氧化物及其电化学性能研究专业:材料物理姓名:许航学号:141190093一、实验内容与目的1、学习超声化学反应的基本原理,熟悉反应装置的构成;2、通过与其他方法比较,了解超声化学法在多孔纳米材料制备方面的优缺点;3、学习超声化学法制备多孔金属氧化物的实验步骤,了解多孔纳米材料的表征方法;4、学习电化学工作原理,掌握电容测试方法,熟悉超级电容器常用的金属氧化物材料。
二、实验原理超声化学主要源于声空化导致液体中微小气泡形成、振荡、生长收缩与崩裂及其引起的物理、化学效应。
液体声空化是集中声场能量并迅速释放的过程,空化泡崩裂时,在极短时间和空化极小空间内,产生5000K以上的高温和约5.05×108Pa的高压,速度变化率高达1010K/s,并伴有强烈的冲击波和时速高达400km的微射流生成,使碰撞密度高达1.5kg/s;空化气泡的寿命约0.1μs,它在爆炸时释放出巨大的能量,冷却速率可达109K/s。
这为一般条件下难以或不能实现的化学反应提供了一种特殊的环境。
这些极端条件足以使有机物、无机物在空化气泡内发生化学键断裂、水相燃烧和热分解条件,促进非均相界面之间搅动和相界面的更新,极大提高非均相反应的速率,实现非均相反应物间的均匀混合,加速反应物和产物的扩散,促进固体新相的生成,并控制颗粒的尺寸和分布。
通过将超声探头浸入反应溶液中就可将超声波引入到一个有良好控温范围的反应系统。
利用超声来使反应体系中的物质得到充分的反应,从而制备出颗粒分布、大小尺寸均匀的纳米多孔氧化物。
三、实验数据及处理1.循环伏安曲线在恒定扫描速率下,伏安特性曲线为闭合曲线,且扫描速率越快,围成的图形面积越大。
2.恒流充放电电压-时间曲线曲线包括充电和放电两个过程,设定电压从0V充到0.6V,再放电到0V。
随着充电电流的增加,充放电总时间增长,曲线的峰点向时间增加的方向移动。
3.电容与充放电电流的关系通过公式C=I×∆t/∆v计算样品的电容值,做出电容-充放电电流曲线图,发现随着充放电电流的增加,测定的电容值减小,电容与电流几乎呈线性关系四、思考与讨论1、超声化学法来制备多孔金属氧化物纳米材料的过程中,超声波起了什么作用?答:超声在纳米材料的制备中的作用源自空化效应。
介绍一个大学化学开放性实验——超声法制备纳米氧化铜

配 制 0 5 o ・ 硫 酸铜 水溶 液 ,. m l L N O .m l L 2 O o ・ a H水 溶 液 。做 如下 两 组 平 行对 比实 验 ( 声 功率 为 2 0 , 作频 率 4 k ) 超 5W 工 0 Hz 。 ( )取 2 m .m l L 硫 酸铜 水 溶液 , 8℃ 搅 拌下 , 2 mL20 o ・ N O 水 a 0 L0 5 o ・ 在 O 把 0 .m l L aH 溶 液快 速加 入 其 中 , 以看到 溶液 迅 速产 生 黑色 沉淀 。将 产 物在 8  ̄ 声 1mi。 可 0C超 0 n ( )在 2mL0 5 l・ 硫 酸铜 水 溶液 中加入 1g 素 和 1mLP G 0 , 解 混合 得 到 b 0 .mo L 0尿 0 E 4 0 溶 澄 清蓝 色溶 液 。在 8  ̄搅 拌 下 向上 述溶 液 中快 速加 入 2 m .m l L N O 0C 0 L20 o ・ a H水 溶液 , 以 可
相 的生成 , 控制 颗粒 的尺寸 和分 布 , 止纳米 颗 粒 的聚 集 。超声 化 学 法 还具 有 反 应速 度 快 、 阻 制 备过 程安全 可靠 、 所需 仪器简 单 、 作方便 的特 点 , 适 宜推广 作 为大学 开放性 实验 。 操 很 本 文采 用模板 剂辅 助超声 化学法 制备 纳米 氧 化铜 , 对 其 进行 结 构 和形 貌 表 征 。实 验 内 并 容 涉及超 声化 学法 、 模板法 和 纳米材 料等前 沿领 域 。
看 到溶 液迅 速 产生 黑色 沉 淀 , 产 物在 8  ̄ 将 0C超声 1 m n 0 i。
反 应结 束后 , 滤 , 过 用蒸 馏 水 和无 水 乙醇 分别 洗涤 数 次 , 以除 去其他 离 子 , 产 物在 真空 干 将
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a, b: FESEM and TEM images of ZnS hollow spheres corresponding to type 1 in Figure 1, respectively. c, d: FESEM and TEM images of ZnS hollow spheres corresponding to type 2 in Figure 1, respectively. e, f: FESEM and TEM images of ZnS hollow spheres corresponding to type 3 in Figure 1, respectively.
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制备金属碳化物
TEM of sonochemically prepared Mo2C.
Catalytic activity for the HDH of halobenzenes with Mo2C and W2C. Conditions: 300 ◦C, PH2 /Psubstrate = 200:1, and space velocity = 16,500 h−1.
声波借助各种介质向四面八方传播,空气、水、金属、木头
次声波(频率 < 20Hz)
声波(20 Hz < 频率 < 20 kHz) 超声波(频率>20 kHz )
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超声化学法是在超声波的强大拉应力作用下,液体中空化形成小泡,并生长、 破裂,这时所释放出巨大的能量产生局部的高温高压环境和强烈的微射流, 可驱动化学反应进行。该方法反应时间周期短,对温度、反应体系要求低, 并且能制备各种结构的纳米材料。
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J. Mater. Chem., 2012, 22, 4832–4836
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Schematic illustration
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SEM images of urchin-shaped Fe3O4@Bi2S3 core-shell structures obtained at (A) 10, (B) 20, (C) 30 and (D) 40 min. The insets are corresponding TEM images. (E) High magnification TEM image of one urchinshaped Fe3O4@Bi2S3 core-shell hierarchical structure. (F) HRTEMimage of the area indicated by the red square in (E) and the inset is the corresponding FFT pattern.
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制备生物材料
Formation and Characterization of Polyglutamate Core Shell Microspheres
J. AM. CHEM. SOC. 2006, 128, 6540-6541
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总结 超声化学法通过超声波产生空穴现象所引发的特殊的物 理、化学环境为制备具有特殊性能的新型材料提供了一 条重要的途径。目前已经应用超声化学法合成出各种纳 米材料:金属合金,氧化物,硫化物,碳材料,生物材 料等等。 该方法反应时间周期短,对温度、反应体系要求低,并 且能制备各种结构的纳米材料,在工业生产中将会有广 阔的前景。
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纳米材料的制备方法: 粉碎法 纳 米 粒 子 制 备 方 法 物理法 构筑法 气相反应法 化学法 液相反应法 其他方法 气相分解法 气相合成法 气-固反应法 沉淀法 水热法 溶胶-凝胶法 氧化还原法 喷雾法
超声化学法
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声波 声波:声源体发生振动引起四周空气振荡,使声以波的形式传播。
空化泡绝热崩溃时产生的高温高压(5500℃和50662~101325 kPa)足以使H2O分子(水分子中O-H键能为500 kJ/mol)分解为· H 和· OH自由基:H2O → · + · H OH
3. 超临界水氧化
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超声化学设备
超声波清洗机
JY92-2D 超声波细胞粉粹机
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制备碳材料
A Sonochemical Route to Single-Walled Carbon Nanotubes under Ambient Conditions
J. AM. CHEM. SOC. 2004, 126, 15982 15983
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Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 1116 –1119
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TEM images of gold after ultrasound irradiation for a) 10 and c) 30 min, and the corresponding HRTEM images (b, d)
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制备金属硫化物
Novel Bacteria-Templated Sonochemical Route for the in Situ One-Step Synthesis of ZnS Hollow Nanostructures
Chem. Mater., Vol. 19, No. 9, 2007
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制备金属氧化物
A Sonochemical Method for Fabricating Aligned ZnO Nanorods
Adv. Mater. 2007, 19, 749–753
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Figure 2. ZnO nanorod arrays vertically grown on a Si-wafer (a), glass (b), and polymer (c) (PC) substrates. a1,b1,c1) Photographs of a Si wafer, glass, and PC after 1 h of ZnO nanorod growth by ultrasonication. ZnO nanorod arrays on glass and PC showed exceptional transparency with the background letters clearly visible through them. a2–a7,b2–b7,c2–c7) Low-magnification SEM images, high-magnification SEM images, side-view SEM images, low magnification TEM images, HRTEM images, and corresponding electron diffraction patterns of ZnO nanorod arrays grown on a Si wafer, glass, and PC, respectively. The diameter and length of the ZnO nanorods varied from 30 to 100 nm and 200 to 700 nm, respectively.
应用超声化学法制备纳米材料
2012年5月31日
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神奇的纳米世界
不同形貌的纳米材料
不同粒径的硒化镉纳米晶
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纳米材料
?什么是纳米材料
纳米材料是由有限数量的分子或是原子组成的,处于亚稳定状态并能够保 持原来物质的化学性质的分子团或原子团。从物理学的角度来看,当粒子的 尺寸小于0.1微米时,就属于纳米材料范畴。此时就会显现出奇特的效应, 如:小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应、表面效应等。
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高强度超声仪探头
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sonochemical synthesis of various nanostructured inorganic materials.
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制备金属单质
Sonochemical Formation of Single-Crystalline Gold Nanobelts
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溶液体系中超声化学法作用机理 超声化学法三大作用机理:
1. 空化理论
当足够大声压的超声波作用于液体介质时,在负压区内介质分 子间的平均距离会超过液体介质保持不变的临界分子距离,使得液 体介质断裂,形成微泡的过程称之为空化现象。形成的微小气泡, 即空化泡。
2. 自由基氧化理论
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Catalysis Today 88 (2004) 139–151
超声沉积法制备复合纳米材料
Facile and fast synthesis of urchin-shaped Fe3O4@Bi2S3 core-shell hierarchical structures and their magnetically recyclable photocatalytic activity