DOI:10.3390/molecules25153369
空氣污染問題的有效治理是一個關系到人類健康的現實問題。能夠去除各種污染物（包括顆粒物（PM）和有機氣體）的多功能空氣過濾器的開發是研究領域中一個不懈的追求，旨在滿足人類的實際需求。先進的材料和納米制備技術為根據實際需要更新傳統的空氣濾清器提供了機會，其目的是實現光子的高效利用、強大的催化能力以及對多種污染物的協同降解。在這項工作中，制備了可見光響應的光催化空氣過濾器，并將其與快速且經濟高效的靜電紡絲工藝相結合。首先，研究者合成了負載Ag的TiO2納米棒復合材料，控制所負載Ag納米粒子的大小和數量。然后，通過將催化劑負載在電紡納米纖維上并結合可編程刷，設計出多功能空氣過濾器。研究發現，這種負載有Ag-TiO2納米棒復合材料的納米纖維表現出顯著的PM過濾效率（約90％）和有機污染物降解率（超過90％）。其優異的凈化性能體現在兩個方面。一種是由于催化劑負載后比表面積增加而導致的污染物吸附的改善，另一種是等離子體熱載體，它引起了可見光范圍內的光吸收變寬，這意味著有效利用了更多的光子。所設計的具有協同效應以消除PM和有機污染物的空氣過濾器在未來設計和應用新型空氣處理設備方面擁有巨大的潛力。
圖1.Ag-TiO2納米棒復合材料的制備方案。
圖2.TiO2納米棒和Ag-TiO2納米棒復合材料的特性。（a）TiO2納米棒和（b）高分辨率圖像。（c）60分鐘紫外光照射的Ag-TiO2納米棒復合材料（樣品1）和（d）高分辨率圖像。（e）180分鐘紫外光照射的Ag-TiO2納米棒復合材料（樣品2）和（f）高分辨率圖像。（g）300分鐘紫外光照射的Ag-TiO2納米棒復合材料（樣品3）和（h）高分辨率圖像。
圖3.純TiO2納米棒和Ag-TiO2納米棒復合材料在不同光照時間下的消光光譜（樣品1-3分別用60、180和300分鐘紫外光照射）。插圖顯示了TiO2和樣品1-3的邊緣。
圖4.（a）靜電紡絲工藝流程圖，（b）聚苯乙烯（PS）納米纖維的SEM圖像。（c）使用PS納米纖維進行的PM吸附實驗。（d）負載有Ag-TiO2納米棒復合材料的PS納米纖維的制備過程。
圖5.（a）模擬空氣處理設備，（b）在工作狀態下的照片。
圖6.空氣處理納米纖維的性能特征。（a）三種過濾器的顆粒物（PM）去除率，以及（b）這些過濾器中甲苯的降解效率。
圖7.負載有Ag-TiO2納米棒復合材料的PS納米纖維過濾器的空氣污染物降解機理。
