DOI: 10.1002/adem.202001129
超結構空心材料因其吸引人的特性和多樣化的應用而成為人們研究的熱點。盡管其意義重大，但開發一種簡單且有條理的方法來制備具有可控結構的空心管仍然是一項艱巨的挑戰。在此，本研究首次展示了通過單噴嘴靜電紡絲法結合熱處理制備有序一維氧化鋅（ZnO）的通用途徑。調整前體用量和前體的膠體穩定性這兩個關鍵因素對精確調整結構起著關鍵作用。加工條件的優化實現了從管狀結構到由納米顆粒組成的固體纖維結構的演變。這些ZnO復合中空結構具有出色的光催化性能，單納米顆粒壁中空管顯示出比其他樣品更高的催化性能，以及出色的循環穩定性。得益于該方法的通用性，制備了不同類型的金屬氧化物空心管。本研究所提出的方法為以簡單、經濟高效且工業可行的方式開發電紡中空結構纖維提供了新的見解，在諸多領域均顯示出明顯的潛力。
圖1.ZnO結構的形態演變。（a1-f4）不同放大倍率下具有多級結構的ZnO的代表性掃描電子顯微鏡（SEM）圖像。PMMA/ZnAc復合纖維在熱解過程中產生了從帶到實心管的不同結構。單一的ZnO結構顯示出空心和實心的性質。（a1-a4）ZB，（b1-b4）ZSWHT，（c1-c4）ZHT-2，（d1-d4）ZHT-3，（e1-e4）ZHT-4和（f1-f4）ZST。
圖2.ZnO結構的（a1-f2）透射電子顯微鏡（TEM）圖像和（a3-e3）HRTEM圖像。放大的HRTEM圖像顯示纖維是由ZnO納米粒子制備而成的。插圖是相應的SAED圖譜。
圖3.電紡ZnO中空管的形態研究。（a1-d1）初生PMMA/ZnAc纖維的代表性SEM圖像（a2-d4）通過在500℃下將PMMA/ZnAc纖維在空氣中煅燒3小時形成的ZnO中空管。（a1-a4）0.9mm針直徑（b1-b4）1.1mm針直徑（c1-c4）0.6mm針直徑（d1-d4）0.8mm針直徑。
圖4.來自不同電紡ZnO結構的（a）Zn2p和（b）O1s軌道的高分辨率XPS光譜。所獲得的光譜由多個峰組成，并解卷積為三個峰，代表三種不同氧物種的存在，分別表示為晶格氧（OL），氧空位（OV）和化學吸附氧物種（OCh）。
圖5.不同電紡ZnO結構的光致發光光譜（PL）。λex=320nm。（a）ZB，（b）ZSWHT，（c）ZHT-2，（d）ZHT-3，（e）ZHT-4，（f）ZST。將由電紡ZnO結構獲得的光譜分解為六個高斯峰。（g）描述各種缺陷及其相關發射的能帶示意圖。（h）基于PL數據的每次發射的峰面積。
圖6.不同電紡ZnO結構的形態依賴性光催化性能（空白：純RhB。C0=10mg/L，催化劑1mg/mL）。（a）在不存在和存在不同ZnO催化劑的情況下，在紫外線照射下RhB的降解效率隨時間的變化。使用偽一階動力學方程擬合結果。（c）-ln（C/C0）與照射時間的關系圖。C0和C為RhB染料的初始濃度和最終濃度。（d）速率常數和（e）ZSWHT循環15次的可重復使用性。
圖7.用通用方法制備的不同材料的形態研究。（a1-e1）煅燒前聚合物復合纖維的SEM圖像。（a2-a4）NiO，（b2-b4）MnO2，（c2-c4）CuO，（d2-d4）CuO/ZnO和（e2-e4）Fe2O3。
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