DOI: 10.1002/adem.202001129

超结构空心材料因其吸引人的特性和多样化的应用而成为人们研究的热点。尽管其意义重大，但开发一种简单且有条理的方法来制备具有可控结构的空心管仍然是一项艰巨的挑战。在此，本研究首次展示了通过单喷嘴静电纺丝法结合热处理制备有序一维氧化锌（ZnO）的通用途径。调整前体用量和前体的胶体稳定性这两个关键因素对精确调整结构起着关键作用。加工条件的优化实现了从管状结构到由纳米颗粒组成的固体纤维结构的演变。这些ZnO复合中空结构具有出色的光催化性能，单纳米颗粒壁中空管显示出比其他样品更高的催化性能，以及出色的循环稳定性。得益于该方法的通用性，制备了不同类型的金属氧化物空心管。本研究所提出的方法为以简单、经济高效且工业可行的方式开发电纺中空结构纤维提供了新的见解，在诸多领域均显示出明显的潜力。

图1.ZnO结构的形态演变。（a1-f4）不同放大倍率下具有多级结构的ZnO的代表性扫描电子显微镜（SEM）图像。PMMA/ZnAc复合纤维在热解过程中产生了从带到实心管的不同结构。单一的ZnO结构显示出空心和实心的性质。（a1-a4）ZB，（b1-b4）ZSWHT，（c1-c4）ZHT-2，（d1-d4）ZHT-3，（e1-e4）ZHT-4和（f1-f4）ZST。

图2.ZnO结构的（a1-f2）透射电子显微镜（TEM）图像和（a3-e3）HRTEM图像。放大的HRTEM图像显示纤维是由ZnO纳米粒子制备而成的。插图是相应的SAED图谱。

图3.电纺ZnO中空管的形态研究。（a1-d1）初生PMMA/ZnAc纤维的代表性SEM图像（a2-d4）通过在500℃下将PMMA/ZnAc纤维在空气中煅烧3小时形成的ZnO中空管。（a1-a4）0.9mm针直径（b1-b4）1.1mm针直径（c1-c4）0.6mm针直径（d1-d4）0.8mm针直径。

图4.来自不同电纺ZnO结构的（a）Zn2p和（b）O1s轨道的高分辨率XPS光谱。所获得的光谱由多个峰组成，并解卷积为三个峰，代表三种不同氧物种的存在，分别表示为晶格氧（OL），氧空位（OV）和化学吸附氧物种（OCh）。

图5.不同电纺ZnO结构的光致发光光谱（PL）。λex=320nm。（a）ZB，（b）ZSWHT，（c）ZHT-2，（d）ZHT-3，（e）ZHT-4，（f）ZST。将由电纺ZnO结构获得的光谱分解为六个高斯峰。（g）描述各种缺陷及其相关发射的能带示意图。（h）基于PL数据的每次发射的峰面积。

图6.不同电纺ZnO结构的形态依赖性光催化性能（空白：纯RhB。C0=10mg/L，催化剂1mg/mL）。（a）在不存在和存在不同ZnO催化剂的情况下，在紫外线照射下RhB的降解效率随时间的变化。使用伪一阶动力学方程拟合结果。（c）-ln（C/C0）与照射时间的关系图。C0和C为RhB染料的初始浓度和最终浓度。（d）速率常数和（e）ZSWHT循环15次的可重复使用性。

图7.用通用方法制备的不同材料的形态研究。（a1-e1）煅烧前聚合物复合纤维的SEM图像。（a2-a4）NiO，（b2-b4）MnO2，（c2-c4）CuO，（d2-d4）CuO/ZnO和（e2-e4）Fe2O3。