静电纺丝制备TiO2复合纤维光催化剂的研究进展

徐淑芝+巩桂花+王俊国+汪鸿

摘 要 静电纺丝技术制备的TiO2复合纳米纤维，具有高比表面积、纳米尺寸效果、形貌的多样性和利于回收等特点，与复合半导体的优势结合，显著提高了光催化活性，在光催化领域有着重要作用。

关键词 静电纺丝 TiO2 复合 光催化

中图分类号：TB34 文献标识码：A

TiO2是一种传统的、使用最为广泛的半导体光催化材料，但由于TiO2对光吸收范围较窄、禁带宽度较大，太阳能利用率不足，光生电子和空穴的复合率较高，产生的活性羟基自由基减少，影响光催化的效率，而且TiO2普遍存在颗粒细小，难以回收，吸附效果不佳等缺点。采用静电纺丝技术制备的复合半导体纳米纤维，既具有高比表面积、纳米尺寸效果、形貌的多样性和利于回收等特点，也能充分发挥复合半导体的优势，显著提高了光催化活性。本文重点介绍静电纺丝技术制备TiO2复合纤维光催化剂的研究。

1静电纺丝技术

静电纺丝是指聚合物溶液或熔体在高压电场作用下，电场力克服聚合物液滴表面张力形成喷射流，通过溶剂的挥发、纤维固化，形成无纺布状排列的纳米级纤维膜的纺丝方法。可以制备直径为几十纳米到几微米的纤维，如纳米线、纳米带、纳米管、纳米电缆等纳米纤维。目前，通过对喷嘴的改进，采用单喷嘴电纺、并列喷嘴电纺、共轭对喷电纺、同轴多层喷嘴电纺等方式可以制备纳米线、纳米带、纳米管、同轴纳米电缆等单一、复合体系的纳米纤维。

2静电纺丝制备TiO2复合纤维光催化剂的研究

2.1单喷嘴电纺制备TiO2复合纳米纤维

单喷嘴电纺可以直接一步制备TiO2复合纳米纤维，也可以先电纺制备TiO2纳米模板纤维，再通过其它方法负载另一种物质得到复合纤维。

任小赛等通过静电纺丝法制备了SiO2/TiO2光催化剂，适量硅的掺入可以增大TiO2的比表面积，明显改善了TiO2的催化活性，其中10%硅掺量的SiO2/TiO2对双酚A的降解率可达98.5%，是纯TiO2的1.63倍。袁媛等采用静电纺丝法制备了TiO2-WO3纳米纤维，在紫外光下的脱汞率可达到99%，8 次循环时，脱汞率仍能维持在100%。表面酸性和有效的电荷转移是TiO2-WO3纳米纤维光催化活性提高的主要原因。李跃军等采用静电纺丝技术，制得锐钛矿相TiO2纳米纤维，并以此为模板，采用水热方法制备了具有异质结构的SnO2/TiO2复合纳米纤维，对罗丹明B光催化活性明显高于纯TiO2纳米纤维，复合结构的形成有效抑制了光生电子和空穴的复合。达胡白乙拉等通过静电纺丝法制备了含有Fe3O4 纳米粒子的TiO2 纳米纤维，然后采用水热法对该纤维表面进行纳米Ag修饰， Ag 修饰的Fe3O4 / TiO2复合磁性纳米纤维在紫外光照射后，对RhB降解率达到99.5%。磁性Fe3O4的存在利于分离回收利用。

2.2双喷嘴电纺制备TiO2复合纳米纤维

双喷嘴电纺可采用对喷、并列双喷等方式进行，一步制备复合纳米纤维。

徐记各等采用双喷丝头对喷的静电纺丝方法制备了高活性的TiO2 /ZnTiO3复合纳米纤维，当煅烧温度为550 ℃时，在紫外灯下对亚甲基蓝的光催化活性最高，ZnO、锐钛矿TiO2和ZnTiO3三种物质的协同作用降低了电子-空穴的复合，提高了光催化活性。Liu等采用静电纺丝技术通过并列双喷丝头制备了SnO2/TiO2并列双纳米纤维半导体光催化剂，SnO2、TiO2既没有包覆也没有混合，全部暴露在表面，特殊异质结的存在促进了光生电子和空穴的分离，对RhB表现出高于纯TiO2纳米纤维的光催化活性，45分钟降解率达到100%，而纯TiO2纳米纤维79分钟达到100%，提高催化效率近50%。

2.3同轴多层喷嘴电纺TiO2复合纳米纤维

同轴多层喷嘴由套在一起的喷丝头构成且保持共轴，电纺形成芯-壳结构的同轴复合纤维。

陈影声等采用同轴静电纺丝技术制备了核壳结构的NiO-TiO2同轴纳米纤维，通过n 型半导体TiO2和 p 型半导体NiO 的复合，减小了光生电子和空穴的复合几率，与TiO2粉末、纳米TiO2纤维、纳米Ni-TiO2纤维相比较，表现出更好的光催化活性，对亚甲基蓝的分解率约为85%，同时，经3次催化循环催化能力依然能保持在80 %以上，重复稳定性较好。徐淑芝等采用同轴静电纺丝技术制备的了TiO2@SiO2同轴双壁亚微米管，相当于空心的电缆，Si—O—Ti 键的形成使TiO2表面形成缺陷，SiO2的亲水性，增强了催化剂吸附能力，利于电子-空穴对的分离，提高了光催化能力，而且能克服TiO2颗粒易失活、易团聚的现象。

3结论

利用静电纺丝技术制备的TiO2复合纳米纤维光催化剂，一方面提高了光催化材料体系的可见光吸收性能和光生电荷分离效率，另一方面提高了比表面积和表面活性位点，因此提高了TiO2 的光催化性能。今后需要深入研究光生电荷在复合材料体系中的分离与转移规律，揭示其光催化机理，构建更加高效的TiO2复合半导体光催化材料。

参考文献

[1] 任小赛，刘斌，孙润军，郭艳蓉. SiO2/TiO2催化剂的合成及其光催化性能[J]. 西安工程大学学报， 2015， 29（06）： 688-691.

[2] 袁媛，张军营，樊国祥，赵永椿，鄭楚光.静电纺丝法制备TiO2-WO3 纳米纤维及光催化脱汞的研究[J].中国电机工程学报，2012，32（32）： 44-48.endprint