徐淑芝+鞏桂花+王俊國(guó)+汪鴻

摘 要 靜電紡絲技術(shù)制備的TiO2復(fù)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(diǎn)，與復(fù)合半導(dǎo)體的優(yōu)勢(shì)結(jié)合，顯著提高了光催化活性，在光催化領(lǐng)域有著重要作用。

關(guān)鍵詞 靜電紡絲 TiO2 復(fù)合 光催化

中圖分類(lèi)號(hào)：TB34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

TiO2是一種傳統(tǒng)的、使用最為廣泛的半導(dǎo)體光催化材料，但由于TiO2對(duì)光吸收范圍較窄、禁帶寬度較大，太陽(yáng)能利用率不足，光生電子和空穴的復(fù)合率較高，產(chǎn)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(xì)小，難以回收，吸附效果不佳等缺點(diǎn)。采用靜電紡絲技術(shù)制備的復(fù)合半導(dǎo)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(diǎn)，也能充分發(fā)揮復(fù)合半導(dǎo)體的優(yōu)勢(shì)，顯著提高了光催化活性。本文重點(diǎn)介紹靜電紡絲技術(shù)制備TiO2復(fù)合纖維光催化劑的研究。

1靜電紡絲技術(shù)

靜電紡絲是指聚合物溶液或熔體在高壓電場(chǎng)作用下，電場(chǎng)力克服聚合物液滴表面張力形成噴射流，通過(guò)溶劑的揮發(fā)、纖維固化，形成無(wú)紡布狀排列的納米級(jí)纖維膜的紡絲方法?？梢灾苽渲睆綖閹资{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(guò)對(duì)噴嘴的改進(jìn)，采用單噴嘴電紡、并列噴嘴電紡、共軛對(duì)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(fù)合體系的納米纖維。

2靜電紡絲制備TiO2復(fù)合纖維光催化劑的研究

2.1單噴嘴電紡制備TiO2復(fù)合納米纖維

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

任小賽等通過(guò)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(duì)雙酚A的降解率可達(dá)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(dá)到99%，8 次循環(huán)時(shí)，脫汞率仍能維持在100%。表面酸性和有效的電荷轉(zhuǎn)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(shù)，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(zhì)結(jié)構(gòu)的SnO2/TiO2復(fù)合納米纖維，對(duì)羅丹明B光催化活性明顯高于純TiO2納米纖維，復(fù)合結(jié)構(gòu)的形成有效抑制了光生電子和空穴的復(fù)合。達(dá)胡白乙拉等通過(guò)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(duì)該纖維表面進(jìn)行納米Ag修飾， Ag 修飾的Fe3O4 / TiO2復(fù)合磁性納米纖維在紫外光照射后，對(duì)RhB降解率達(dá)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(fù)合納米纖維

雙噴嘴電紡可采用對(duì)噴、并列雙噴等方式進(jìn)行，一步制備復(fù)合納米纖維。

徐記各等采用雙噴絲頭對(duì)噴的靜電紡絲方法制備了高活性的TiO2 /ZnTiO3復(fù)合納米纖維，當(dāng)煅燒溫度為550 ℃時(shí)，在紫外燈下對(duì)亞甲基藍(lán)的光催化活性最高，ZnO、銳鈦礦TiO2和ZnTiO3三種物質(zhì)的協(xié)同作用降低了電子-空穴的復(fù)合，提高了光催化活性。Liu等采用靜電紡絲技術(shù)通過(guò)并列雙噴絲頭制備了SnO2/TiO2并列雙納米纖維半導(dǎo)體光催化劑，SnO2、TiO2既沒(méi)有包覆也沒(méi)有混合，全部暴露在表面，特殊異質(zhì)結(jié)的存在促進(jìn)了光生電子和空穴的分離，對(duì)RhB表現(xiàn)出高于純TiO2納米纖維的光催化活性，45分鐘降解率達(dá)到100%，而純TiO2納米纖維79分鐘達(dá)到100%，提高催化效率近50%。

2.3同軸多層噴嘴電紡TiO2復(fù)合納米纖維

同軸多層噴嘴由套在一起的噴絲頭構(gòu)成且保持共軸，電紡形成芯-殼結(jié)構(gòu)的同軸復(fù)合纖維。

陳影聲等采用同軸靜電紡絲技術(shù)制備了核殼結(jié)構(gòu)的NiO-TiO2同軸納米纖維，通過(guò)n 型半導(dǎo)體TiO2和 p 型半導(dǎo)體NiO 的復(fù)合，減小了光生電子和空穴的復(fù)合幾率，與TiO2粉末、納米TiO2纖維、納米Ni-TiO2纖維相比較，表現(xiàn)出更好的光催化活性，對(duì)亞甲基藍(lán)的分解率約為85%，同時(shí)，經(jīng)3次催化循環(huán)催化能力依然能保持在80 %以上，重復(fù)穩(wěn)定性較好。徐淑芝等采用同軸靜電紡絲技術(shù)制備的了TiO2@SiO2同軸雙壁亞微米管，相當(dāng)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(qiáng)了催化劑吸附能力，利于電子-空穴對(duì)的分離，提高了光催化能力，而且能克服TiO2顆粒易失活、易團(tuán)聚的現(xiàn)象。

3結(jié)論

利用靜電紡絲技術(shù)制備的TiO2復(fù)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(jiàn)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(diǎn)，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(fù)合材料體系中的分離與轉(zhuǎn)移規(guī)律，揭示其光催化機(jī)理，構(gòu)建更加高效的TiO2復(fù)合半導(dǎo)體光催化材料。

參考文獻(xiàn)

[1] 任小賽，劉斌，孫潤(rùn)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(xué)學(xué)報(bào)， 2015， 29（06）： 688-691.

[2] 袁媛，張軍營(yíng)，樊國(guó)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(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2012，32（32）： 44-48.endprint