DOI: 10.1002/solr.202000571

太阳能驱动的半导体光催化技术在解决日益严重的能源和环境危机方面显示出巨大的潜力。静电纺丝TiO2纳米纤维（NFs）由于其化学稳定性好、无毒、价格低廉、比表面积大和多孔结构而备受关注。与块体材料相比，独特的非织造纳米纤维网络有助于大规模传输。电纺TiO2 NFs是生长二级纳米结构和构建异质结光催化剂的理想基材。杂化异质结显示出增强的电子-空穴分离、改善的光吸收、有效的反应物活化，因此其光催化性能得以提高。在此，首先描述了电纺TiO2纤维纳米结构的静电纺丝原理和制备策略，包括实心、空心和核/壳NFs。概述了静电纺丝TiO2基异质结的构建策略，其通过负载电子或空穴助催化剂和杂化二级半导体以设计催化活性位点并引导电荷载流子分离。讨论了掺杂剂诱导TiO2 NFs改善的光吸收和增强的电荷转移机理。进一步阐明了电纺TiO2基光催化剂在太阳能化学转化和环境修复中的应用。最后，强调了电纺TiO2基光催化剂的发展所面临的挑战和前景，加深了对未来更高效电纺丝NFs设计和制备的全面理解。

图1.在Web of Science过去的17年中，每年以“（electrospun或electrospin*）TiO2纳米纤维*”为关键词发表的出版物数量。

图2.带有导电（I）静电收集器和（II）旋转收集器的静电纺丝装置。

图3.a）单喷丝头静电纺丝装置；由不同钛源制备的实心TiO2 NF的SEM图像。b）TBOT作为钛源。

图4.a）同轴静电纺丝装置。b）制备具有芯/鞘结构的静电纺丝NF的装置示意图。喷丝头由两个同轴毛细管制成，通过该毛细管同时排出重矿物油和含PVP和Ti（OiPr）4的乙醇溶液，以形成连续的同轴射流。c）空心TiO2 NFs的SEM图像。

图5.a）多孔中空TiO2 NFs的形成机理示意图。b）由单喷丝头静电纺丝法合成的空心TiO2 NFs的SEM和c）TEM图像。

图6.a）样品制备示意图；b）碱和热处理后空心TiO2 NFs的SEM和c）TEM图像。

图7.a）三通道纤维制造系统的示意图。TiO2 NFs的SEM图像：b）零通道纤维，c）一通道纤维，d）两通道纤维，和e）三通道纤维。SEM图像中显示了所制备TiO2 NFs的尺寸分布，其外径为1.2-1.8μm（上图），内径为200-700nm（下图）。底部显示了TiO2 NFs的放大结构。

图8.a）共静电纺丝装置的示意图。b）ZnO-TiO2同轴NFs的SEM和c）HRTEM图像。

图9.a）多流体同轴静电纺丝实验装置的示意图，该装置用于产生具有纳米线微管结构的TiO2纤维。b）纳米线微管结构NFs的放大截面SEM和c）TEM图像。

图10.a）套管式结构NFs的SEM和b）TEM图像。c）实心、中空和套管式TiO2 NFs的可能形成机理。

图11.提高电纺TiO2 NFs光催化活性的策略。

图12.a）Pt/TiO2中空NFs的制备示意图。b，c）Pt/TiO2中空NFs的TEM和HRTEM图像。d）Pt/TiO2中空NFs光催化降解橙黄II的示意图。

图13.a）Ag-TiO2 NFs和b）PPy-Ag-TiO2 NFs的TEM图像。c）可见光诱导TiO2 NFs的光催化活性以及不同助催化剂的沉积。d）PPy-Ag-TiO2 NFs可见光诱导丙酮光降解机理。

图14.a）TiO2@C NFs的低放大倍率SEM和b）TEM图像；c）不同碳层厚度样品对罗丹明B的光降解；d）可见光诱导TiO2@C NFs光降解RB的光催化机理。e）rGO/TiO2复合NFs的SEM图像；f）所有样品的甲基橙光降解。

图15.光照下沉积有a）还原助催化剂和b）氧化助催化剂的TiO2 NF光催化剂上电荷分离的示意图。

图16.传统II型TiO2基异质结体系中的电荷转移，该体系是通过将TiO2 NFs耦合到a）具有较低负CB和b）具有较低正VB的第二半导体构成的。

图17.a）在可见光照射下，In2S3/TiO2 II型异质结NFs上的Cr（VI）光还原示意图。b）在可见光照射下，在TNFePc/TiO2 II型异质结NFs上进行H2O2辅助光催化的可能机理。

图18.在有无电子介体的情况下，a）TiO2与半导体之间的Z型电荷转移。

图19.a）TiO2/NiS纳米杂化物的SEM图像。b）TiO2/NiS纳米杂化物中Ti、O、Ni和S的EDX元素图。c）比较所有样品的光催化产氢活性，将所制备的TiO2/NiS标记为TNX，其中T和N分别代表TiO2和NiS。x是NiS在TiO2/NiS纳米杂化物中的摩尔比。d）接触前后TiO2和NiS直接Z型异质结的示意图，以及在紫外-可见光辐照下TiO2/NiS纳米杂化物中的电荷转移和分离。

图20.a）缓慢冷却的TiO2 NFs和b）快速冷却的TiO2 NFs的SEM图。c）比较所有样品的光催化产氢活性，其中A400代表在400℃下煅烧然后缓慢冷却的TiO2 NFs。SC500和RC500分别代表在500℃下缓慢冷却和快速冷却的TiO2 NFs。R800代表在800℃下煅烧并缓慢冷却的TiO2 NFs。d）锐钛矿和金红石型TiO2之间直接Z型电荷转移的示意图。

图21.p-n异质结的形成过程。a）TiO2 NFs（n型半导体）和p型半导体接触之前的费米能级和能带结构。b）光照下，接触时内置电场的产生以及在p-n异质结上光激发电子空穴对的转移途径。

图22.a）p-BiOCl/n-TiO2 HHs纳米杂化物的SEM图像。b）RhB在TiO2 NFs和p-BiOCl/n-TiO2 HHs上的降解曲线以及BiOCl和TiO2的机械混合物（M-BT）。c）p-BiOCl/n-TiO2 HHs的能带结构和可能的光催化反应示意图。

图23.S型异质结的形成过程：a）TiO2 NFs（OP）和RP接触前的费米能级和能带结构。b）接触后内置电场的产生。c）光照下，光激发电子/空穴对在TiO2基S型异质结上的转移途径。

图24.a）TiO2/CsPbBr3纳米杂化物的扫描透射电子显微镜（STEM）和b）HRTEM图像。在紫外-可见光照射下进行的4小时实验中，TiO2、TCx和CsPbBr3量子点上的CO2还原光催化活性：c）H2和d）CO的时间进程，其中T和C代表纯TiO2和CsPbBr3。TCx代表TiO2/CsPbBr3复合NFs，x代表CsPbBr3相对于TiO2的重量百分比。e）TiO2/CsPbBr3异质结的示意图：在紫外-可见光照射下，用于CO2光还原的IEF诱导电荷转移、分离和S型异质结的形成。

图25.a）TiO2/CdS纳米杂化物的SEM图。b）比较所有样品的光催化产氢活性，其中T和C代表纯TiO2和CdS；TCx表示TiO2/CdS复合NFs，x表示CdS相对于TiO2的重量百分比。c）Ti2p和d）Cd3d的原位和非原位XPS光谱。

图26.电纺TiO2基II型、p-n、Z和S型异质结的优缺点。SC表示半导体。

图27.半导体光催化剂上的水分解示意图。

图28.半导体光催化剂上光催化CO2还原的示意图。

图29.a）TC2.5的SEM图像。b）T和TC2.5的Ti2p和c）In3d非原位和原位XPS光谱。d）TiO2（101）面和e）CuInS2（004）面的静电势。红色和蓝色虚线分别表示费米能级和真空能级。f）在模拟太阳光照射下，TC2.5中电荷转移和分离的示意图。TC2.5表示TiO2/CuInS2杂化物，2.5表示CuInS2的标称质量比为2.5wt％。

图30.a）TiO2/MoS2纳米杂化物的SEM图像。b）TiO2、MoS2和TiO2/MoS2纳米杂化物上的光催化CO2还原活性。c）TiO2和MoS2异质结的示意图：在紫外-可见光照射下进行电荷转移和分离以实现CO2还原，以及锐钛矿和金红石同质结之间的电荷转移。TMx表示TiO2/MoS2纳米杂化物，其中T和M分别表示TiO2和MoS2，x表示MoS2相对于TiO2的摩尔百分比。

图31.a）TG0.5的TEM图像。b）样品上CO2还原的光催化活性。吸附在c）TiO2（101）和d）GDY（001）面上的CO2分子的优化结构。蓝色、红色和棕色球体分别代表Ti、O和C原子。e）TiO2和GDY接触时电子转移和IEF形成的示意图。f）TiO2/GDY异质结的示意图：在紫外-可见光照射下，用于CO2光催化还原的IEF诱导电荷转移和分离。TGx代表TiO2/GDY纳米材料，其中T和G分别代表TiO2和GDY。x表示GDY相对于TiO2的重量百分比。

图32.a）Ag-MgO-TiO2纳米纤维垫的SEM图像。b）比较T、MT、AT和MAT的光催化CO2还原活性和选择性。c）在紫外-可见光下MAT中电荷转移和分离的示意图。T、AT、MT和MAT分别代表获得的纯TiO2、Ag-TiO2、MgO-TiO2和MgO-Ag-TiO2纳米纤维垫。

图33.TiO2/2％Ag/C垫的a）宏观照片和b）TEM图像。c）比较不同样品的RhB时间依赖性光降解性能。d）用TiO2/2％Ag/C样品和P25光催化降解苯酚。e）TiO2/Ag/C光催化剂的可能光降解机理。

图34.TiO2-BN光催化剂降解布洛芬的可能机理。