DOI:10.1016/j.cej.2020.125644
將含無機（TiO2中空球，PAN：聚丙烯腈）和有機（預碳化聚丙烯腈）有序共混物的TiO2@PAN納米纖維在可見光照射下（λ>420 nm）暴露于Cr（VI）和As（Ⅲ）。相對光催化活性如下：TiO2@PAN-3（30 mg）>TiO2@PAN-4（40 mg）>TiO2@PAN-2（20 mg）>TiO2@PAN-1（10 mg）>PAN。相對于PAN和其他樣品，含30 mg TiO2中空球的TiO2@PAN-3表現出高的光轉化率（99％的Cr（VI）光還原效率和83％的As（V）形成率）和穩定性（五個循環）。Cr（VI）和As（Ⅲ）協同作用的新見解為處理復雜的水污染物提供了參考方法。一系列儀器分析技術證明了TiO2@PAN-3中的電子-空穴分離效率。TiO2@PAN-3的電子順磁共振（EPR）顯示出更強的DMPO/·OH加合物信號。此外，在TiO2@PAN-3復合電極電化學阻抗譜（EIS）奈奎斯特圖上發現了最小的圓弧半徑，這表明TiO2@PAN-3界面具有最小的電荷轉移電阻。另外，TiO2@PAN-3表現出最低的光致發光（PL）強度，這表明它顯示出最高的電子-空穴分離效率。基于這些結果，研究者設想將來可以構建具有高Cr（VI）光還原率（99％）和As（III）光氧化性能以及高穩定性（五個循環后光還原率仍達82％）的TiO2@PAN-3光催化劑，用于去除實際水樣中的重金屬。
圖1.（a）靜電紡絲工藝示意圖，（b）TiO2@PAN電紡墊的SEM圖像，（c）TiO2@PAN電紡墊（插圖：處理過的納米纖維粉末），（d）裝有處理過的納米纖維粉末的石英燒杯（50 mL）和（e）光反應器的示意圖。
圖2.煅燒模式下，含（a，e）10 mg、（b，f）20 mg、（c，g）30 mg、（d，h）40 mg TiO2中空球的TiO2@PAN的TEM圖。（a-d）400℃/3hr/空氣，（e-h）500℃/3hr/N2。
圖3.碳化過程中PAN前驅體的結構變化。
圖4.（a）TiO2@PAN-3的TEM圖像，（b）TiO2中空球的SAED，（c）TiO2@PAN-3的HTEM圖像（插圖：預碳化PAN的SAED）。
圖5.TiO2、TiO2@PAN-1、TiO2@PAN-2、TiO2@PAN-3和TiO2@PAN-4納米材料的XRD光譜。
圖6.（a）Ti 2p、（b）O 1s、（c）C 1s和（d）N 1s的TiO2@PAN XPS峰。
圖7.（a）合成的TiO2@PAN-3的拉曼光譜，（b）TiO2、PAN和TiO2@PAN-3的漫反射紫外-可見光譜。
圖8.（a）歸一化Cr（VI）濃度、（b）溶液中總Cr離子濃度隨曝光時間的變化以及（c）在400℃/3hr/空氣的可見光照射下，PAN、TiO2@PAN-1、TiO2@PAN-2、TiO2@PAN-3和TiO2@PAN-4的水懸浮液中Cr（VI）的光還原率。反應條件：Cr（VI）的初始濃度為5 mg L-1（50 mL），催化劑負載量=0.6 g L-1，pH=4.0，300W Xe燈（>420 nm），光照時間=180分鐘。
圖9.（a）歸一化Cr（VI）濃度、（b）溶液中總Cr離子濃度隨曝光時間的變化，以及（c）在500℃/3hr/N2的可見光照射下，PAN、TiO2@PAN-1、TiO2@PAN-2、TiO2@PAN-3和TiO2@PAN-4的水懸浮液中Cr（VI）的光還原率。反應條件：Cr（VI）的初始濃度為5 mg L-1（50 mL），催化劑負載量=0.6 g L-1，pH=4.0，300W Xe燈（>420 nm），光照時間=180分鐘。
圖10.（a）全掃描XPS光譜，（b）光反應后TiO2@PAN-3上鉻的Cr 2p光譜。
圖11.在不同初始pH值、可見光照射下，（a）歸一化Cr（VI）濃度和（b）溶液中總Cr離子濃度隨曝光時間的變化。反應條件：Cr（VI）的初始濃度為5 mg L-1（50 mL），催化劑負載量=0.6 g L-1，300W Xe燈（>420 nm），光照時間=180分鐘。
圖12.在可見光照射下，溶液中As（V）濃度隨曝光時間的變化。反應條件：As（Ⅲ）的初始濃度為10 mg L-1（50 mL），催化劑負載量=0.6 g L-1，pH=4.0，300W Xe燈（>420 nm），光照時間=180分鐘。
圖13.在可見光照射下，溶液中（a）歸一化Cr（VI）濃度和（b）As（V）濃度隨曝光時間的變化。反應條件：50 mL，Cr（VI）的初始濃度為5 mg L-1，As（Ⅲ）的初始濃度為10 mg L-1，催化劑負載量=0.6 g L-1，pH=4.0，300W Xe燈（>420 nm），光照時間=180分鐘。
圖14.在相似的輻照條件下，五次Cr（VI）光還原循環中TiO2@PAN-3的重復使用。
