靜電紡絲制備TiO2復合纖維光催化劑的研究進展

徐淑芝+鞏桂花+王俊國+汪鴻

摘 要 靜電紡絲技術制備的TiO2復合納米纖維，具有高比表面積、納米尺寸效果、形貌的多樣性和利于回收等特點，與復合半導體的優勢結合，顯著提高了光催化活性，在光催化領域有著重要作用。

關鍵詞 靜電紡絲 TiO2 復合 光催化

中圖分類號：TB34 文獻標識碼：A

TiO2是一種傳統的、使用最為廣泛的半導體光催化材料，但由于TiO2對光吸收范圍較窄、禁帶寬度較大，太陽能利用率不足，光生電子和空穴的復合率較高，產生的活性羥基自由基減少，影響光催化的效率，而且TiO2普遍存在顆粒細小，難以回收，吸附效果不佳等缺點。采用靜電紡絲技術制備的復合半導體納米纖維，既具有高比表面積、納米尺寸效果、形貌的多樣性和利于回收等特點，也能充分發揮復合半導體的優勢，顯著提高了光催化活性。本文重點介紹靜電紡絲技術制備TiO2復合纖維光催化劑的研究。

1靜電紡絲技術

靜電紡絲是指聚合物溶液或熔體在高壓電場作用下，電場力克服聚合物液滴表面張力形成噴射流，通過溶劑的揮發、纖維固化，形成無紡布狀排列的納米級纖維膜的紡絲方法。可以制備直徑為幾十納米到幾微米的纖維，如納米線、納米帶、納米管、納米電纜等納米纖維。目前，通過對噴嘴的改進，采用單噴嘴電紡、并列噴嘴電紡、共軛對噴電紡、同軸多層噴嘴電紡等方式可以制備納米線、納米帶、納米管、同軸納米電纜等單一、復合體系的納米纖維。

2靜電紡絲制備TiO2復合纖維光催化劑的研究

2.1單噴嘴電紡制備TiO2復合納米纖維

單噴嘴電紡可以直接一步制備TiO2復合納米纖維，也可以先電紡制備TiO2納米模板纖維，再通過其它方法負載另一種物質得到復合纖維。

任小賽等通過靜電紡絲法制備了SiO2/TiO2光催化劑，適量硅的摻入可以增大TiO2的比表面積，明顯改善了TiO2的催化活性，其中10%硅摻量的SiO2/TiO2對雙酚A的降解率可達98.5%，是純TiO2的1.63倍。袁媛等采用靜電紡絲法制備了TiO2-WO3納米纖維，在紫外光下的脫汞率可達到99%，8 次循環時，脫汞率仍能維持在100%。表面酸性和有效的電荷轉移是TiO2-WO3納米纖維光催化活性提高的主要原因。李躍軍等采用靜電紡絲技術，制得銳鈦礦相TiO2納米纖維，并以此為模板，采用水熱方法制備了具有異質結構的SnO2/TiO2復合納米纖維，對羅丹明B光催化活性明顯高于純TiO2納米纖維，復合結構的形成有效抑制了光生電子和空穴的復合。達胡白乙拉等通過靜電紡絲法制備了含有Fe3O4 納米粒子的TiO2 納米纖維，然后采用水熱法對該纖維表面進行納米Ag修飾， Ag 修飾的Fe3O4 / TiO2復合磁性納米纖維在紫外光照射后，對RhB降解率達到99.5%。磁性Fe3O4的存在利于分離回收利用。

2.2雙噴嘴電紡制備TiO2復合納米纖維

雙噴嘴電紡可采用對噴、并列雙噴等方式進行，一步制備復合納米纖維。

徐記各等采用雙噴絲頭對噴的靜電紡絲方法制備了高活性的TiO2 /ZnTiO3復合納米纖維，當煅燒溫度為550 ℃時，在紫外燈下對亞甲基藍的光催化活性最高，ZnO、銳鈦礦TiO2和ZnTiO3三種物質的協同作用降低了電子-空穴的復合，提高了光催化活性。Liu等采用靜電紡絲技術通過并列雙噴絲頭制備了SnO2/TiO2并列雙納米纖維半導體光催化劑，SnO2、TiO2既沒有包覆也沒有混合，全部暴露在表面，特殊異質結的存在促進了光生電子和空穴的分離，對RhB表現出高于純TiO2納米纖維的光催化活性，45分鐘降解率達到100%，而純TiO2納米纖維79分鐘達到100%，提高催化效率近50%。

2.3同軸多層噴嘴電紡TiO2復合納米纖維

同軸多層噴嘴由套在一起的噴絲頭構成且保持共軸，電紡形成芯-殼結構的同軸復合纖維。

陳影聲等采用同軸靜電紡絲技術制備了核殼結構的NiO-TiO2同軸納米纖維，通過n 型半導體TiO2和 p 型半導體NiO 的復合，減小了光生電子和空穴的復合幾率，與TiO2粉末、納米TiO2纖維、納米Ni-TiO2纖維相比較，表現出更好的光催化活性，對亞甲基藍的分解率約為85%，同時，經3次催化循環催化能力依然能保持在80 %以上，重復穩定性較好。徐淑芝等采用同軸靜電紡絲技術制備的了TiO2@SiO2同軸雙壁亞微米管，相當于空心的電纜，Si—O—Ti 鍵的形成使TiO2表面形成缺陷，SiO2的親水性，增強了催化劑吸附能力，利于電子-空穴對的分離，提高了光催化能力，而且能克服TiO2顆粒易失活、易團聚的現象。

3結論

利用靜電紡絲技術制備的TiO2復合納米纖維光催化劑，一方面提高了光催化材料體系的可見光吸收性能和光生電荷分離效率，另一方面提高了比表面積和表面活性位點，因此提高了TiO2 的光催化性能。今后需要深入研究光生電荷在復合材料體系中的分離與轉移規律，揭示其光催化機理，構建更加高效的TiO2復合半導體光催化材料。

參考文獻

[1] 任小賽，劉斌，孫潤軍，郭艷蓉. SiO2/TiO2催化劑的合成及其光催化性能[J]. 西安工程大學學報， 2015， 29（06）： 688-691.

[2] 袁媛，張軍營，樊國祥，趙永椿，鄭楚光.靜電紡絲法制備TiO2-WO3 納米纖維及光催化脫汞的研究[J].中國電機工程學報，2012，32（32）： 44-48.endprint