蘆 穎，秦湘閣

（佳木斯大學(xué)，黑龍江佳木斯154007）

0 引言

在過去的幾十年里，隨著能源需求的加大，工業(yè)化進程的加速，全球的環(huán)境問題也變得越來越嚴峻，水污染已經(jīng)逐漸成為一個不可忽視的問題，尤其是工業(yè)廢水的排放，已經(jīng)嚴重影響了生態(tài)環(huán)境，因此污水的處理已經(jīng)成為社會關(guān)注的熱點問題。在各種處理污水的方法中，光催化技術(shù)因不會消耗過多的能源，且不會產(chǎn)生二次污染，被譽為綠色技術(shù)，是一種很有發(fā)展前景的方法，近幾年對光催化材料的研究開發(fā)越來越多，成果也非常顯著。

1 靜電紡絲技術(shù)概述

靜電紡絲技術(shù)是利用靜電場形成的靜電力，將黏稠的前驅(qū)液拉伸成納米纖維的技術(shù)，因此要求前驅(qū)液具有一定的導(dǎo)電能力和黏稠度。靜電紡絲使用的前驅(qū)液有2 種：一種是通過熔融而成的黏稠液體，需要不斷對熔融液體加熱，以保持其熔融狀態(tài)；另一種是通過化學(xué)制劑配置黏稠的溶液，而最常用的化學(xué)制劑為高分子聚合物，通過調(diào)配高分子聚合物的種類、濃度來獲得所需要的黏稠度。光催化劑的合成使用化學(xué)方法居多，因此常用高分子聚合物配制前驅(qū)液，所使用的高分子聚合物要求化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，有良好的黏稠度，常用的高分子聚合物種類也很多，如聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、聚丙烯腈（PAN）、聚乙烯醇（PVA）、乙酸纖維素（CA）等。

2 靜電紡絲技術(shù)在光催化材料中應(yīng)用的新成果

2.1 TiO2光催化劑

TiO2是最先被開發(fā)出來的光催化材料，為了改善TiO2的光催化活性，提高光催化效率，出現(xiàn)了許多新成果。

為了提高TiO2對可見光的利用率，使TiO2的光譜響應(yīng)頻率進入可見光區(qū)域是一條有效的途徑，貴金屬修飾方法可以調(diào)節(jié)TiO2的禁帶寬度，使譜響應(yīng)頻率進入可見光區(qū)域。Liu等［1］使用靜電紡絲法獲得TiO2納米纖維，并使用濕化學(xué)沉積法制備了Ag2O/TiO2復(fù)合納米纖維，這種Ag2O/TiO2復(fù)合納米纖維形成了p-n型異質(zhì)結(jié)，改變了TiO2的禁帶寬度，從而使光響應(yīng)頻率進入可見光區(qū)域，以羅丹明B 為污染物模型，當(dāng)Ag2O和TiO2的比例為40 wt%時，可以獲得最佳的光催化效果。g-C3N4是一種應(yīng)用廣泛的聚合物半導(dǎo)體，Tang等［2］使用一步靜電紡絲法合成了g-C3N4/TiO2復(fù)合納米纖維，該纖維具有較大的比表面和較高的孔隙率，以羅丹明B 為污染物模型，與原始的TiO2納米纖相比，g-C3N4/TiO2復(fù)合纖維獲得了6.4 倍的降解率。由于g-C3N4的存在，形成了Z-scheme型異質(zhì)結(jié)，獲得了一個狹窄帶隙能量，使光響應(yīng)進入可見光區(qū)域。Liu等［3］設(shè)計了磁性納米纖維，使用磁鐵進行回收，在進行污水處理時可以避免二次污染。該方法使用Fe3O4雜化TiO2前驅(qū)液，進行靜電紡絲后煅燒，獲得Fe2O3/TiO2柔性復(fù)合纖維，該柔性復(fù)合纖維在隨后的光催化測試中展現(xiàn)出一個良好的光催化活性。

2.2 ZnO光催化劑

ZnO也是最早被發(fā)現(xiàn)的光催化劑之一，具有良好的光催化性能。Sabzehmeidani 等［4］用靜電紡絲的方法合成了NiO/ZnO 納米復(fù)合纖維，進一步提高了ZnO 的光催化活性。復(fù)合納米纖維的平均直徑為（150±50）nm，p 型NiO 和n 型ZnO 構(gòu)成了p-n 型異質(zhì)結(jié)，這種p-n 異質(zhì)結(jié)與表面修飾不同，存在于NiO 立方結(jié)構(gòu)和ZnO六方結(jié)構(gòu)之中，促進ZnO光生電子的產(chǎn)生，煅燒溫度和Ni、Zn比例的變化會影響半導(dǎo)體的晶相，從而改變光催化活性。通過對NiO/ZnO進行基于Langmuir-Hinshelwood 模型的一級動力學(xué)模擬計算，進一步闡明了該復(fù)合纖維的光催化機制，模擬計算結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)符合得很好。Lv 等［5］使用靜電紡絲法和熱交聯(lián)法合成了一種多功能ZnO@PVA/KGM 高分子纖維膜，該纖維膜以20 mg/L 質(zhì)量濃度的甲基橙為污染物模型，在太陽光下120 min脫色率為98%，并且極易從水中取出。此外，這種纖維膜具有高效的空氣過濾性，對300 nm的超細顆粒濾出率為99.99%，高于商用HEPA 過濾網(wǎng)，同時由于光催化產(chǎn)生的活性成分，纖維膜還可以有效抑菌，屬于多功能材料。

2.3 MgO光催化劑

一般來說氧化物光催化劑都是半導(dǎo)體，MgO卻是一種高帶隙能的絕緣體，但是MgO 納米粒由于其自身的結(jié)構(gòu)缺陷，也可以產(chǎn)生活性物質(zhì)，從而起到光催化劑的作用。Mantilaka 等［6］使用PVA 作為高分子載體，采用靜電紡絲的方式合成了MgO納米纖維，并使用透射電鏡和原子力顯微鏡對晶格結(jié)構(gòu)和表面粗糙度進行了分析，使用活性黃作為污染物模型，獲得了較好的光催化效果。

2.4 ZnFe2O4光催化劑

ZnFe2O4是一種光催化劑，它有1.9 eV 的窄帶隙，提供了更大范圍的可見光吸收，ZnFe2O4具有良好的磁性能，有利于光催化劑的回收。Bi2MoO6也是一種半導(dǎo)體，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、無毒，帶隙約為2.6 eV，光驅(qū)動性好，具有獨特的鈣鈦礦層狀結(jié)構(gòu)，這有利于光生電子的產(chǎn)生和分離，也是良好的光催化劑。Zhao 等［7］使用靜電紡絲法和水熱法構(gòu)建了Bi2MoO6/ZnFe2O4納米復(fù)合纖維，Bi2MoO6/ZnFe2O4形成異質(zhì)結(jié)，在Bi2MoO6與ZnFe2O4的異質(zhì)結(jié)接觸位置，由于電子和空穴的擴散作用，產(chǎn)生了一個內(nèi)部電場，形成空間電荷區(qū)，使光生電子更容易傳輸，阻礙光生電子復(fù)合，在隨后的光催化測試中，Bi2MoO6/ZnFe2O4復(fù)合納米纖維優(yōu)于Bi2MoO6、ZnFe2O4單獨存在的光催化活性。

2.5 MoS2光催化劑

MoS2屬于層狀過渡金屬硫化物，它具有特殊的三層夾心結(jié)構(gòu)，六方晶系形成S 原子層夾著Mo 原子層（S-Mo-S），由共價鍵和范德瓦爾斯力相連接。同時，由于MoS2具有1.75 eV較窄帶隙，使得MoS2具有較好的帶隙特性，成為一種有發(fā)展?jié)摿Φ墓獯呋瘎en等［8］合成了使用靜電紡絲和水熱方法，設(shè)計出具有3D結(jié)構(gòu)的納米棒CoFe2O4/花狀MoS2復(fù)合納米薄片，該納米薄片在可見光的照射下，對剛果紅降解速度是純MoS2的12倍，降解效率為94.9%，光催化降解甲基橙和亞甲基藍的能力也有所提高。這是由于納米棒CoFe2O4和花狀MoS2的協(xié)同作用，促進了光生電子的分離產(chǎn)生，阻止了光生電子-空穴對的還原復(fù)合。此外，CoFe2O4的磁性能也很好，保證其易于分離和回收。

3 結(jié)語

靜電紡絲是制備一維納米纖維常用的方法，通過調(diào)節(jié)溶液的黏稠度和靜電紡絲電壓，可以控制納米絲的形貌，很多高分子聚合物都可以成為靜電紡絲的載體，應(yīng)用非常廣泛。但是，靜電紡絲的出絲率低，合成材料時間長，不適合大批量生產(chǎn)，已經(jīng)成為該技術(shù)的瓶頸。目前已有科研人員嘗試對靜電紡絲設(shè)備進行改進，設(shè)計出多噴頭紡絲機。相信在未來，靜電紡絲技術(shù)會有更好的發(fā)展空間，為光催化劑的開發(fā)做出更大的貢獻。