柔性肖特基结纳米纤维膜上多级极化场增强颗粒物捕获和光催化转化

　　郑州大学张鹏&张振翼&邵国胜J. Hazard. Mater.：柔性肖特基结纳米纤维膜上的多级极化场可增强颗粒物的捕获和光催化转化
　　DOI:10.1016/j.jhazmat.2020.122639
　　小尺寸的大气颗粒物（PM）导致了严重的空气污染问题，这就需要高性能的PM捕集材料和有希望的治理对策。在这项贡献中，研究者提出了一种新的想法，即在由金红石TiO2纳米颗粒（NPs）修饰的电纺碳纳米纤维膜（NFM）上主动捕获并同时原位转化捕获的PM污染。该研究还证实，由于空间电荷分布的差异，在TiO2/碳肖特基结处的界面电子转移过程和在TiO2纳米颗粒表面的光激发过程都可以在TiO2/碳纳米纤维膜中诱导极化场。这些多级极化场可以驱动长程静电力，以增强NFM的主动PM捕获能力。同样地，TiO2/碳纳米纤维膜在平衡PM2.5过滤效率（99.92%）和压降（仅63 Pa）方面表现出令人满意的品质因数（0.11 Pa-1）。更重要的是，在紫外-可见光照射下，去除了此TiO2/碳纳米纤维膜上92.98%的超细PM0.3。此外，NFM上捕获的PM可以被TiO2纳米颗粒的光活性成分光催化分解，在此期间，一些碳质PM通过多步光反应转化为此类CO和CH4燃料。
　　图1.（A）电纺样品的XRD图：（a）碳NFM；（b）TiO2/碳NFM；（B）碳NFM和（C）TiO2/碳NFM的SEM和TEM图像；插图是碳纳米纤维上TiO2 纳米颗粒的HRTEM。（D）TiO2和TiO2/碳NFM的紫外-可见吸收光谱；（E）纯TiO2和碳NFs的UPS光谱；（F）肖特基结形成前后，在TiO2/碳界面处的电子转移和电荷分布。
　　图2.（A）TiO2/碳NFM的Ti 2p和C 1s核心能级的XPS光谱；（B）（a）碳NFM和（b）TiO2/碳NFM的典型应力-应变曲线；插图分别显示了经折叠和卷曲处理的TiO2/碳NFM的光学图像；（C）纯碳和TiO2/碳NFMs的PM2.5和PM10过滤效率；插图显示了PM捕获后纯碳和TiO2/碳NFMs的SEM图像。
　　图3.（A）通过将不同含量的TiO2前驱体引入纺丝溶液中获得的纯碳和TiO2/碳NFMs的PM2.5和PM10过滤效率；（B）通过将不同含量的TiO2前驱体引入纺丝溶液中获得的纯碳和TiO2/碳NFMs的压降和品质因数；插图显示了NFMs中上述电纺NFs的相应（A）SEM和（B）HRTEM图像。
　　图4.在（A）不使用和（B）用紫外-可见光照射下，超细亚微米PM颗粒在（a）纯碳和（b）TiO2/碳NFMs上的过滤效率；（C）基于相似的TiO2/碳异质结构的单个TiO2/碳NF的TEM图像和相应的FDTD模拟结果；在（D）不存在和（E）存在紫外-可见光辐射的情况下，PM捕获不同时间后的TiO2/碳NFM的SEM图像。
　　图5.（A）PM负载的TiO2/碳NFM的XPS分析以及显示PM污染物中主要官能团的示意图；（B）在负载PM污染物的TiO2/碳NFM上，气体产率与紫外-可见光照射时间的关系图；（C）显示了通过TiO2/碳NFM上的TiO2纳米颗粒原位分解PM的多步光催化过程的示意图。
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　　文章来源：易丝帮