DOI:10.3390/molecules25153369

空气污染问题的有效治理是一个关系到人类健康的现实问题。能够去除各种污染物（包括颗粒物（PM）和有机气体）的多功能空气过滤器的开发是研究领域中一个不懈的追求，旨在满足人类的实际需求。先进的材料和纳米制备技术为根据实际需要更新传统的空气滤清器提供了机会，其目的是实现光子的高效利用、强大的催化能力以及对多种污染物的协同降解。在这项工作中，制备了可见光响应的光催化空气过滤器，并将其与快速且经济高效的静电纺丝工艺相结合。首先，研究者合成了负载Ag的TiO2纳米棒复合材料，控制所负载Ag纳米粒子的大小和数量。然后，通过将催化剂负载在电纺纳米纤维上并结合可编程刷，设计出多功能空气过滤器。研究发现，这种负载有Ag-TiO2纳米棒复合材料的纳米纤维表现出显著的PM过滤效率（约90％）和有机污染物降解率（超过90％）。其优异的净化性能体现在两个方面。一种是由于催化剂负载后比表面积增加而导致的污染物吸附的改善，另一种是等离子体热载体，它引起了可见光范围内的光吸收变宽，这意味着有效利用了更多的光子。所设计的具有协同效应以消除PM和有机污染物的空气过滤器在未来设计和应用新型空气处理设备方面拥有巨大的潜力。

图1.Ag-TiO2纳米棒复合材料的制备方案。

图2.TiO2纳米棒和Ag-TiO2纳米棒复合材料的特性。（a）TiO2纳米棒和（b）高分辨率图像。（c）60分钟紫外光照射的Ag-TiO2纳米棒复合材料（样品1）和（d）高分辨率图像。（e）180分钟紫外光照射的Ag-TiO2纳米棒复合材料（样品2）和（f）高分辨率图像。（g）300分钟紫外光照射的Ag-TiO2纳米棒复合材料（样品3）和（h）高分辨率图像。

图3.纯TiO2纳米棒和Ag-TiO2纳米棒复合材料在不同光照时间下的消光光谱（样品1-3分别用60、180和300分钟紫外光照射）。插图显示了TiO2和样品1-3的边缘。

图4.（a）静电纺丝工艺流程图，（b）聚苯乙烯（PS）纳米纤维的SEM图像。（c）使用PS纳米纤维进行的PM吸附实验。（d）负载有Ag-TiO2纳米棒复合材料的PS纳米纤维的制备过程。

图5.（a）模拟空气处理设备，（b）在工作状态下的照片。

图6.空气处理纳米纤维的性能特征。（a）三种过滤器的颗粒物（PM）去除率，以及（b）这些过滤器中甲苯的降解效率。

图7.负载有Ag-TiO2纳米棒复合材料的PS纳米纤维过滤器的空气污染物降解机理。