DOI:10.1016/j.jhazmat.2020.122639
小尺寸的大氣顆粒物（PM）導致了嚴重的空氣污染問題，這就需要高性能的PM捕集材料和有希望的治理對策。在這項貢獻中，研究者提出了一種新的想法，即在由金紅石TiO2納米顆粒（NPs）修飾的電紡碳納米纖維膜（NFM）上主動捕獲并同時原位轉化捕獲的PM污染。該研究還證實，由于空間電荷分布的差異，在TiO2/碳肖特基結處的界面電子轉移過程和在TiO2納米顆粒表面的光激發過程都可以在TiO2/碳納米纖維膜中誘導極化場。這些多級極化場可以驅動長程靜電力，以增強NFM的主動PM捕獲能力。同樣地，TiO2/碳納米纖維膜在平衡PM2.5過濾效率（99.92%）和壓降（僅63 Pa）方面表現出令人滿意的品質因數（0.11 Pa-1）。更重要的是，在紫外-可見光照射下，去除了此TiO2/碳納米纖維膜上92.98%的超細PM0.3。此外，NFM上捕獲的PM可以被TiO2納米顆粒的光活性成分光催化分解，在此期間，一些碳質PM通過多步光反應轉化為此類CO和CH4燃料。
圖1.（A）電紡樣品的XRD圖：（a）碳NFM；（b）TiO2/碳NFM；（B）碳NFM和（C）TiO2/碳NFM的SEM和TEM圖像；插圖是碳納米纖維上TiO2 納米顆粒的HRTEM。（D）TiO2和TiO2/碳NFM的紫外-可見吸收光譜；（E）純TiO2和碳NFs的UPS光譜；（F）肖特基結形成前后，在TiO2/碳界面處的電子轉移和電荷分布。
圖2.（A）TiO2/碳NFM的Ti 2p和C 1s核心能級的XPS光譜；（B）（a）碳NFM和（b）TiO2/碳NFM的典型應力-應變曲線；插圖分別顯示了經折疊和卷曲處理的TiO2/碳NFM的光學圖像；（C）純碳和TiO2/碳NFMs的PM2.5和PM10過濾效率；插圖顯示了PM捕獲后純碳和TiO2/碳NFMs的SEM圖像。
圖3.（A）通過將不同含量的TiO2前驅體引入紡絲溶液中獲得的純碳和TiO2/碳NFMs的PM2.5和PM10過濾效率；（B）通過將不同含量的TiO2前驅體引入紡絲溶液中獲得的純碳和TiO2/碳NFMs的壓降和品質因數；插圖顯示了NFMs中上述電紡NFs的相應（A）SEM和（B）HRTEM圖像。
圖4.在（A）不使用和（B）用紫外-可見光照射下，超細亞微米PM顆粒在（a）純碳和（b）TiO2/碳NFMs上的過濾效率；（C）基于相似的TiO2/碳異質結構的單個TiO2/碳NF的TEM圖像和相應的FDTD模擬結果；在（D）不存在和（E）存在紫外-可見光輻射的情況下，PM捕獲不同時間后的TiO2/碳NFM的SEM圖像。
圖5.（A）PM負載的TiO2/碳NFM的XPS分析以及顯示PM污染物中主要官能團的示意圖；（B）在負載PM污染物的TiO2/碳NFM上，氣體產率與紫外-可見光照射時間的關系圖；（C）顯示了通過TiO2/碳NFM上的TiO2納米顆粒原位分解PM的多步光催化過程的示意圖。
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