水和阳光是生命赖以存在的两个基本自然元素。然而，近年来人类面临一个严重问题：水资源日益稀缺1, 2。这种情况主要是由于工业发展和人类活动导致污染加剧，破坏了这一重要资源的数量和质量平衡。水中出现的难以自然降解且可能对水生生物和人类健康有害的新兴污染物构成了严重的生态威胁。面对这一挑战，采用可持续解决方案变得迫切。其中，利用太阳能净化水既是一种创新方法，也是一种环保的应对方式。利用清洁、可再生且无穷无尽的太阳能来清洁和恢复受污染的水，相当于利用一种自然元素服务于另一种自然元素，以保护我们的环境和重要资源。
在研究中关注的化合物中，咖啡因因其持久性和毒性而被认为是一种令人担忧的新兴污染物3, 4。它是咖啡、茶、巧克力和能量饮料等常见消费品中的主要成分5, 6, 7。制药行业也将咖啡因作为生产多种药物的关键成分。咖啡因是全球地下水和地表水中检测到的最频繁出现的药物产品8, 9, 10。目前处理新兴污染物的策略包括高级氧化过程11, 12，其中异质光催化技术尤为突出。许多研究探索了利用光催化技术降解水中的有毒化合物13, 14, 15, 16。与传统技术相比，光催化技术的关键优势在于能够将有机污染物完全降解为无害的分子（CO2和H2O），并且可以利用太阳辐射作为降解的能量来源17, 18。典型的异质光催化剂是半导体，当受到能量超过其带隙的辐射激发时，会产生电子-空穴对，这些电子-空穴对可以与O2和H2O反应生成超氧阴离子（O2•-）和羟基（•OH）等自由基，从而降解污染物19, 20。TiO2因其高效性、稳定性和低成本以及无毒性和21, 22, 23而被广泛使用。然而，它有两个主要局限性：在可见光范围内的吸收较弱（Eg = 3.2 eV）以及较高的电子-空穴复合率，这降低了其整体效率24, 25。为了克服这些局限性，近年来在基于TiO2的纳米复合材料开发方面取得了显著进展，旨在提高光催化活性和材料稳定性26, 27。这些进展依赖于合理的光催化剂工程设计，包括掺杂、与金属氧化物的耦合以及设计促进光生载流子更有效分离的异质结构。在这种背景下，TiO2/SiO2复合材料成为一种特别有前景的策略。这种组合显著增加了比表面积，稳定了锐钛矿相，并增强了表面酸性，从而促进了污染物的吸附，进而提高了光催化性能28, 29, 30, 31, 32, 33, 34。最近的研究强调了TiO2/SiO2纳米复合材料在提高光催化效率方面的巨大潜力。
在这方面，Tuama等人[35]发表了一篇综述，指出将SiO2融入TiO2基质中不仅增加了比表面积，还减少了电荷复合，从而提高了光催化效率。同样，Al Baroot等人[36]进一步在通过脉冲激光烧蚀制备的SiO2/TiO2复合材料中加入了银（Ag），他们的Ag/TiO2/SiO2纳米复合材料在可见光下表现出出色的苯酚降解性能，突显了TiO2/SiO2基质与银的光学性质之间的协同效应。Hua等人[37]开发了多孔Al2O3–SiO2–TiO2陶瓷，并证明添加二氧化硅显著提高了结构稳定性并增强了光催化活性。与这些发现一致，Luna等人[38]进一步强调了二氧化硅的有益作用，他们开发了一种适用于光活性涂层的TiO2–SiO2纳米复合材料，可用于城市建筑物的抗污染和自清洁表面。此外，Suzie等人[39]报道了TiO2@SiO2复合材料的制备，强调了二氧化硅基质对系统稳定性和光催化性能的积极影响，尤其是在太阳辐射下。总体而言，这些研究强调了设计先进的TiO2/SiO2复合材料以克服纯TiO2的局限性（如快速电荷复合和弱可见光吸收）的重要性。这些发展为废水处理和环境修复等更有效的应用铺平了道路。
传统上，二氧化硅是通过TEOS（四乙基正硅酸盐）引入复合材料的，但TEOS成本较高、易燃且具有中等毒性[40]。作为替代品，硅酸钠（Na2SiO3）因其低成本、易获取性和易于处理而成为一个有吸引力的选择41, 42。在HCl存在下水解后，它会形成二氧化硅和NaCl，如方程式（1）所示[43]。这种副产物（NaCl）可能会对最终材料的结构和光学性质产生积极影响：
许多研究还报道了利用熔盐辅助合成氧化物材料44, 45, 46，包括二元氧化物。这些研究强调了盐在降低熔点、促进中间体形成、减少能量障碍和加速材料晶体生长方面的关键作用。在我们的研究中，合成氧化物过程中使用的原材料会自发产生盐。然而，文献指出，大多数关于从硅酸钠（Na2SiO3）合成二氧化硅的研究都会在煅烧前进行清洗步骤。这一步骤旨在去除杂质，特别是钠（Na+）和氯离子（Cl-），以确保最终材料的高纯度[43]。例如，Aphane等人[47]从煤灰中制备了介孔二氧化硅催化剂载体，并用去离子水彻底清洗以去除Na+和SO42-离子，确保了产品的高纯度。同样，Besbes等人[48]使用硅酸钠通过溶胶-凝胶法制备了二氧化硅载体，并在煅烧前用蒸馏水反复清洗以去除杂质。这一步骤对于获得高纯度的二氧化硅至关重要，直接影响了Ni/SiO2催化剂在甲烷裂解制氢过程中的性能。
迄今为止，尚未有研究报道在光催化背景下，不使用清洗或结构剂就从硅酸钠合成二氧化硅。这一步骤通常被认为是确保催化剂性能和稳定性的关键。此外，为了提高光催化活性，经常会在二氧化硅基质中引入金属或非金属掺杂剂。
基于此，我们决定在材料结构中保留盐（特别是NaCl），以评估它们的影响。同时，我们也准备了经过清洗的样品，以便直接比较副产物（NaCl）对光催化活性的影响。本研究的目的是开发一种原创、简单且经济高效的合成策略，以克服TiO2的某些局限性，尤其是其有限的太阳能利用能力和电子-空穴复合问题。首先，我们使用了两种无机前驱体（TiCl4和Na2SiO3）分别制备基于二氧化钛和二氧化硅的纳米复合材料。前驱体的选择对反应的成功至关重要。我们重点研究了SiO2/TiO2质量比的影响，以及一个特殊现象：在合成过程中NaCl在纳米复合材料基质中的自发形成，这被证明可以有效且经济地促进光生载流子的分离和可见光吸收。然后，我们测试了这些材料在太阳辐射下对模型污染物咖啡因的光催化降解效果。据我们所知，将盐作为潜在的性能增强因素整合到复合基质中，以提升TiO2/SiO2系统的光催化活性，在科学文献中仍是一个未探索的方法。
