碳掺杂氧化钛纳米纤维的制备和光催化活性

摘要

纳米TiO2由于具有比表面积大、光化学稳定性高、氧化还原性较强、无毒以及成本低等特点，被广泛应用于对废水和空气中有害物质进行降解。但目前粉末状的纳米TiO2颗粒团聚严重、不易 沉降、而且催化剂难以回收、活性成分损失大，不利于催化剂的再生和再利用。此外，TiO2只能吸收385 nm 以下紫外光，无法充分利用廉价的太阳光能源。目前，制备TiO2纤维的方法主要有溶胶凝胶法、水热法等，但上述方法得到的TiO2纤维一般都是微米级或粉末状，光催化活性有限。本文经过电纺钛酸酯凝胶法制备了一种C@Ti/锐钛矿（碳替换钛）纳米多孔纤维，利用聚乙烯-聚丙二醇嵌段共聚物添加剂做为造孔剂和碳源。与固定化的纳米二氧化钛和锐钛矿二氧化钛纤维对比，C@Ti /锐钛矿纤维显示出更强的光吸收能力。通 过三氯苯酚和甲基橙在模拟太阳光照射下的降解实验证明了纤维光催化活性的提高。进一步的理论分析结果表明合成过程中的微应力显著影响其光吸收能力。当各向异性的压力施加到C@Ti/anatase 纤维结构上时，其晶格常数和电子结构变得扭曲，并导致了更强的可见光响应能力。