作為最重要的半導體材料之一，一維（1D）TiO2納米材料因其獨特的結構特征、出色的光學或電學性能而備受關注。靜電紡絲是制備具有高孔隙率、可控尺寸、設計結構和可調力學性能的一維TiO2納米纖維（NFs）的最簡便且最通用的方法之一，在光催化降解、太陽能電池、鋰離子電池、水分解、傳感器和催化劑載體等諸多領域具有廣闊的應用前景。本文綜述了電紡TiO2 NFs在結構/力學設計、制備和多功能應用方面的進展，介紹并分析了制備具有不同結構（多孔、中空、分層、定向和3D自組裝納米結構）的電紡TiO2 NFs的策略。此外，闡述了在柔性TiO2納米纖維材料的構建和相應變形機制方面取得的最新突破。還討論了電紡TiO2 NFs在環境修復、能源和傳感器領域的一些成就。最后，簡單總結了靜電紡絲TiO2 NFs的主要挑戰和未來發展方向。綜上，本研究對能夠滿足高級應用的新型TiO2基納米纖維材料的設計與構建具有重要的指導意義。
圖1.具有不同納米結構的電紡TiO2 NFs及其應用。
圖2.（a）靜電紡絲基本裝置示意圖。（b）典型靜電紡絲射流的照片。（c）初紡TiO2前驅體NFs的SEM圖像。（d）在空氣中于500℃下煅燒后銳鈦礦型TiO2 NFs的SEM圖像。
圖3.（a）具有有序介孔的TiO2 NFs的形成機制示意圖。（b）通過化學蝕刻處理方法制備的多孔TiO2 NFs的示意圖。（c）同軸靜電紡絲裝置示意圖。（d）TiO2中空NFs的SEM圖像。（e-h）多通道中空TiO2 NFs的SEM圖像。（i）乳液靜電紡絲形成中空TiO2 NFs的機理示意圖。（j）通過雙模板策略靜電紡絲中空TiO2 NFs的過程圖。（k）通過調節前體濃度形成實心、管中管和中空TiO2 NFs的機制示意圖。
圖4.分層TiO2 NFs的SEM圖像：（a）含Ag NPs的TiO2 NFs。（b）麥粒紋理的CuO/TiO2 NFs。（c）含ZIF-8納米立方體的TiO2 NFs。（d）含V2O5納米棒的TiO2 NFs。（e）含WO3納米棒的TiO2 NFs。（f）含ZnO納米線的TiO2 NFs。（g）含ZnO納米片的TiO2 NFs。（h）含MoS2納米片的TiO2 NFs。（i）含FeOOH薄片的TiO2 NFs。
圖5.（a）具有空氣屏蔽功能的改良型接收器用于制備定向電紡纖維的示意圖。（b）配備輔助電極的靜電紡絲裝置用于制備定向纖維的示意圖。（c）分別為定向電紡TiO2纖維的光學照片和（d）SEM圖像。（e）用于制備TiO2納米纖維紗線的靜電紡絲系統示意圖。（f）TiO2納米纖維紗線的SEM圖像。（g）TiO2納米纖維氣凝膠的構建過程示意圖。（h-j）TiO2納米纖維氣凝膠在不同放大倍率下的形態。
圖6.（a）易碎TiO2和（b）TZ納米纖維膜的FE-SEM圖像和照片。（c）各種TZ纖維膜的拉伸應力-應變曲線以及（d）楊氏模量和彎曲剛度。（e）彎曲的TZ纖維膜和（f）彎曲的單根TZ納米纖維的SEM圖像。（g）TiO2和Y摻雜TiO2 NFs的應力分布。
圖7.（a）TiO2 NPs修飾柔性TiO2納米纖維膜的照片和SEM圖像。（b）柔性膜對MB的降解性能和（c）可回收性。（d）Pt/TiO2 NFs的照片、SEM和HRTEM圖像。（e）Pt/P25和Pt/TiO2 NFs的甲醛降解曲線。（f）甲醛濃度與循環次數之間的關系。（g）柔性Ag/BiOI/TiO2納米纖維膜的SEM圖像。（h）大腸桿菌在各種樣品上的光催化滅活。（i）Ag/BiOI/TiO2納米纖維膜/太陽能系統中光催化消毒的可重復使用性實驗。
圖8.（a）TiO2/W18O49 NFs的SEM圖像。（b）TiO2/W18O49異質結構中等離子體誘導熱電子的動力學過程示意圖。（c）各種樣品的光催化析氫。（d）wire-in-wire TiO2/C NFs的FE-SEM、HRTEM和光學圖像。（e）TiO2/C NFs在5A/g下的循環性能。（f）22個LEDs點亮后的照片。（g）多尺度多孔（MSP）TiO2 NFs的SEM圖像。（h）MSP TiO2 NFs中電子傳輸過程和電解質擴散過程的示意圖。（i）DSSCs的電流密度-電壓（J-V）曲線。
圖9.（a）傳感器裝置示意圖。（b）Co3O4/TiO2 NFs的FE-SEM圖像。（c）Co3O4/TiO2傳感器對CO的響應。（d）Co3O4/TiO2傳感器的再現性。（e）附著在曲面上的光電傳感器的照片。（f）高度取向TiO2 NFs的SEM圖像。（g）柔性TiO2光電傳感器在黑暗或不同光照下的I-V曲線和（h）光開關特性。（i）TiO2-Au NFs用于光電催化GSH傳感的示意圖。（j）TiO2 NFs的SEM圖像。（k）TiO2和TiO2-Au NFs的光吸收光譜和（l）GSH選擇性分析。
微信二維碼
