DOI:10.1016/j.jhazmat.2020.122639

小尺寸的大气颗粒物（PM）导致了严重的空气污染问题，这就需要高性能的PM捕集材料和有希望的治理对策。在这项贡献中，研究者提出了一种新的想法，即在由金红石TiO2纳米颗粒（NPs）修饰的电纺碳纳米纤维膜（NFM）上主动捕获并同时原位转化捕获的PM污染。该研究还证实，由于空间电荷分布的差异，在TiO2/碳肖特基结处的界面电子转移过程和在TiO2纳米颗粒表面的光激发过程都可以在TiO2/碳纳米纤维膜中诱导极化场。这些多级极化场可以驱动长程静电力，以增强NFM的主动PM捕获能力。同样地，TiO2/碳纳米纤维膜在平衡PM2.5过滤效率（99.92%）和压降（仅63 Pa）方面表现出令人满意的品质因数（0.11 Pa-1）。更重要的是，在紫外-可见光照射下，去除了此TiO2/碳纳米纤维膜上92.98%的超细PM0.3。此外，NFM上捕获的PM可以被TiO2纳米颗粒的光活性成分光催化分解，在此期间，一些碳质PM通过多步光反应转化为此类CO和CH4燃料。

图1.（A）电纺样品的XRD图：（a）碳NFM；（b）TiO2/碳NFM；（B）碳NFM和（C）TiO2/碳NFM的SEM和TEM图像；插图是碳纳米纤维上TiO2 纳米颗粒的HRTEM。（D）TiO2和TiO2/碳NFM的紫外-可见吸收光谱；（E）纯TiO2和碳NFs的UPS光谱；（F）肖特基结形成前后，在TiO2/碳界面处的电子转移和电荷分布。

图2.（A）TiO2/碳NFM的Ti 2p和C 1s核心能级的XPS光谱；（B）（a）碳NFM和（b）TiO2/碳NFM的典型应力-应变曲线；插图分别显示了经折叠和卷曲处理的TiO2/碳NFM的光学图像；（C）纯碳和TiO2/碳NFMs的PM2.5和PM10过滤效率；插图显示了PM捕获后纯碳和TiO2/碳NFMs的SEM图像。

图3.（A）通过将不同含量的TiO2前驱体引入纺丝溶液中获得的纯碳和TiO2/碳NFMs的PM2.5和PM10过滤效率；（B）通过将不同含量的TiO2前驱体引入纺丝溶液中获得的纯碳和TiO2/碳NFMs的压降和品质因数；插图显示了NFMs中上述电纺NFs的相应（A）SEM和（B）HRTEM图像。

图4.在（A）不使用和（B）用紫外-可见光照射下，超细亚微米PM颗粒在（a）纯碳和（b）TiO2/碳NFMs上的过滤效率；（C）基于相似的TiO2/碳异质结构的单个TiO2/碳NF的TEM图像和相应的FDTD模拟结果；在（D）不存在和（E）存在紫外-可见光辐射的情况下，PM捕获不同时间后的TiO2/碳NFM的SEM图像。

图5.（A）PM负载的TiO2/碳NFM的XPS分析以及显示PM污染物中主要官能团的示意图；（B）在负载PM污染物的TiO2/碳NFM上，气体产率与紫外-可见光照射时间的关系图；（C）显示了通过TiO2/碳NFM上的TiO2纳米颗粒原位分解PM的多步光催化过程的示意图。