DOI:10.1016/j.cej.2019.122269

功能半导体纳米材料改性TiO₂纤维膜具有良好的异质结构、优良的力学性能和优异的可见光驱动光催化活性，在环境修复领域有着广阔的应用前景。然而，构建如此奇妙的纤维膜仍然是巨大的挑战。在这里，作者通过一种简便的静电纺丝方法和随后的热聚合工艺制备了一种柔软且异质结构的g-C₃N₄ @ Co-TiO₂（CNCT）纳米纤维膜。原位合成C₃N₄纳米壳，均匀包裹在Co-TiO₂纳米纤维上，形成核壳量子异质结，只需调节前体（三聚氰胺）的含量即可精确控制g-C₃N₄纳米壳的厚度和负载量。得益于三维多孔网络，增强的可见光响应以及均匀而紧凑的异质结所诱导的有效电荷转移，合成后的CNCT膜在60分钟内对四环素盐酸盐的光降解效率高达90.8％，并且在90分钟可见光照射后，大肠杆菌的6 log灭活显示出出色的抗菌性能。此外，稳定的核壳结构和强大的机械强度也使膜具有良好的可逆性和易回收性。这项研究可能为设计和建造用于水净化的柔性高性能光催化膜开辟新的途径。

 图1.柔软的CNCT纳米纤维膜的制造示意图。

图2.（a）Co-TiO₂，（b）CNCT-1，（c）CNCT-3和（d）CNCT-5纤维膜的SEM图像。 （e）相应膜的TGA曲线和（f）XRD图谱。

图3. Co-TiO₂，CNCT-1，CNCT-3和CNCT-5光纤的（a-d）TEM和（e-h）HRTEM图像。（i）CNCT-5的 STEM 图像，分别在单根纤维上显示 Ti、O、 Co、 C 和 N 的元素映射图像。

图4. Co-TiO₂，CNCT-3和g-C₃N₄的XPS光谱：（a）测量光谱，（b）Ti 2p，（c）Co 2p，（d）O 1 s，（e）C 1 s和（f）N 1 s。

图5.（a）Co-TiO₂，CNCT-1，CNCT-3和CNCT-5膜的拉伸应力-应变曲线，（b）杨氏模量和弯曲刚度。（c）增强CNCT膜机械柔韧性的合理机制的示意图。（d）显示CNCT-3膜柔韧性的照片：它可以拉伸，折叠和扭曲而不会损坏。

图6.（a）不同样品在可见光照射下TC-H的光催化降解曲线。（b）TC-H降解的拟一阶动力学图。（c）用CNCT-3膜光催化降解其他抗生素。（d）CNCT-3膜对TC-H降解的再循环实验。 （e）5个循环后的CNCT-3膜的SEM图像和光学照片。 （f）循环光催化反应之前和之后CNCT-3的XRD图谱。所用CNCT-3的HRTEM 图像（插图）。

图7.在空白，TiO₂，Co-TiO₂，g-C₃N₄和CNCT-3上对大肠杆菌的消毒效率（a）在黑暗中，（b）在可见光照射下。（c）CNCT-3剂量对大肠杆菌的光催化失活的影响。（d）分别在不使用和用可见光照射90分钟的情况下，用不同的光催化剂处理的大肠杆菌的菌落的照片。 （e）使用CNCT-3膜进行光催化消毒之前（左）和之后（右）的大肠杆菌细胞的SEM图像。

图8.（a）所制备的TiO₂，Co-TiO₂，CNCT-3和g-C₃N₄的紫外可见漫反射光谱和带隙（插图）。 （b）PL光谱和（c）各种光催化剂的瞬时光电流响应。 （d）在可见光照射下，通过CNCT-3光催化剂降解TC-H的活性物种的诱捕实验。（e）提出的柔软CNCT纤维膜的光催化机理。