Polymers：使用聚乙烯吡咯烷酮前體靜電紡絲Fe摻雜TiO2納米纖維及其光催化性能

近年來，一種可去除污染物的改性TiO2光催化劑引起了人們的廣泛關注。本研究通過靜電紡絲和煅燒工藝制備了Fe摻雜TiO2納米纖維。使用場發射掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡對樣品進行形態表征。使用高分辨率透射電子顯微鏡、選區電子衍射和快速傅立葉變換成像分析每個樣品的晶體結構。測得Fe摻雜TiO2納米纖維的平均直徑為161.5nm，純TiO2納米纖維的平均直徑為181.5nm。在350℃下進行熱處理時，TiO2納米纖維的晶相為銳鈦礦，Fe摻雜TiO2納米纖維的晶相為金紅石。通過Fe摻雜，TiO2基體的晶相很容易轉變為金紅石。通過在紫外光和可見光照射下光降解亞甲基藍和酸性橙7，比較了每種樣品的光催化性能。在Fe摻雜TiO2納米纖維中，紫外光和可見光下的光降解率分別為38.3％和27.9％。雖然其他催化劑未被激活，但在使用酸性橙7和可見光時，Fe摻雜TiO2納米纖維的光降解率為9.6％。為了提高光催化活性，有必要對如何控制Fe摻雜劑的濃度進行深入研究。

圖1.Fe摻雜TiO2納米纖維和TiO2納米纖維的TGA曲線。

圖2.納米纖維的場發射掃描電子顯微鏡圖像：（a）TiO2納米纖維的低倍放大圖像，（b）TiO2納米纖維的高倍放大圖像，（c）Fe摻雜TiO2納米纖維的低倍放大圖像，以及（d）Fe摻雜TiO2納米纖維的高倍放大圖像。

圖3.納米纖維的直徑分布直方圖：（a）TiO2納米纖維和（b）Fe摻雜TiO2納米纖維。

圖4.由每種前體溶液獲得的納米纖維的TEM圖像：（a）TiO2納米纖維的明場圖像（BF），（b）TiO2納米纖維的高角度環形暗場圖像（HAADF），（c）Fe摻雜TiO2納米纖維的BF圖像，以及（d）Fe摻雜TiO2納米纖維的HAADF圖像。

圖5.每種納米纖維的EDS圖：（a）TiO2納米纖維和（b）Fe-TiO2納米纖維。

圖6.納米纖維的選定區域電子衍射圖：（a）TiO2納米纖維和（b）Fe摻雜TiO2納米纖維。

圖7.Fe摻雜TiO2納米纖維表面顆粒的高分辨率透射電子顯微鏡（HRTEM）分析：（a）顆粒的BF圖像，（b）顆粒的HRTEM圖像，以及（c）顆粒的FFT圖。

圖8.納米纖維在紫外光下催化降解亞甲基藍水溶液的紫外-可見吸收光譜：（a）空白，（b）P25，（c）TiO2納米纖維，（d）Fe摻雜TiO2納米纖維。

圖9.納米纖維在紫外光下催化降解酸性橙7水溶液的紫外-可見吸收光譜：（a）空白，（b）P25，（c）TiO2納米纖維，（d）Fe摻雜TiO2納米纖維。

圖10.納米纖維在可見光下催化降解亞甲基藍水溶液的紫外-可見吸收光譜：（a）空白，（b）P25，（c）TiO2納米纖維，（d）Fe摻雜TiO2納米纖維。

圖11.納米纖維在可見光下催化降解酸性橙7水溶液的紫外-可見吸收光譜：（a）空白，（b）P25，（c）TiO2納米纖維，（d）Fe摻雜TiO2納米纖維。

圖12.各種光催化劑和光源對亞甲基藍和酸性橙7的光降解率：（a）紫外線和亞甲基藍，（b）紫外線和酸性橙7，（c）可見光和亞甲基藍，（d）可見光和酸性橙7。