DOI: 10.1016/j.surfin.2021.101644

本文首次报道了对纯TiO2以及通过静电纺丝和随后的高温煅烧去除有机成分制备的Cu/TiO2纳米复合光催化纤维材料的优化。使用扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM），结合X射线衍射（XRD）、能量色散X射线光谱（EDS）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、拉曼光谱、紫外-可见光谱（UV-Vis）和光致发光光谱（PL）对制备的纳米复合材料进行形态研究。结果表明，与使用紫外光实现光活化的纯TiO2相比，TiO2晶格中的铜会触发太阳光驱动的光催化。此外，该催化剂对苋菜红染料的降解具有显著的光催化活性。经可见光照射240分钟后，对于初始浓度为25mg/L的苋菜红染料的降解，观察到的最大脱色效率为99.84%。0.05%Cu/TiO2纳米复合材料（在400℃下煅烧）在恒定速率（k=2.089×10-2/min）下产生了最大值。与未掺杂材料（TiO2/400℃）相比，0.05%Cu/TiO2纳米复合材料的反应速率几乎翻倍（恒定速率从1.015×10-2增加到2.089×10-2/min）。此外，测试了在400℃下煅烧的0.05%Cu/TiO2纳米复合材料在可见光照射下对苋菜红染料的降解。当催化剂剂量为0.4至0.8g/L时，可见光照射下的反应速率常数达到10-2/min，明显优于先前报道中的值。

图1.不同温度煅烧的TiO2（a-d）以及在400℃下煅烧的具有不同Cu含量的Cu/TiO2纳米复合材料（TCu1→TCu5）（e）的XRD图谱。

图2.TiO2（400℃）样品（a）和具有不同Cu含量的Cu/TiO2纳米复合材料（TCu1→TCu5）（b）的FTIR光谱。插图：放大以3437cm-1为中心的吸收带，分配给由于纳米纤维表面物理吸附水而产生的O-H伸缩振动。

图3.纯TiO2（T400）和Cu/TiO2光催化纳米复合纤维的拉曼光谱。

图4.煅烧前获得的前体材料（a）和TiO2纳米纤维（在400℃下煅烧4小时后）（b）的SEM图像。

图5.TCu1（a）和TCu4（b）纳米复合材料在400℃下煅烧4小时后的SEM图像以及纤维平均直径评估图；TCu1的高倍放大FE-SEM图像（c），相应区域（d）和TCu4（e）的EDS总谱，相应区域的EDS总谱（f）。

图6.TiO2（a）和TCu1（b）纳米复合材料在400℃下煅烧4小时后的TEM图像。

图7.在Cu掺杂TiO2纳米复合材料样品TCu1中观察到的Ti绿、O蓝和Cu红的典型元素分布图。

图8.TiO2（T400）和Cu/TiO2光催化纳米复合纤维的光学特性：（a）漫反射紫外-可见光谱，（b）[F(R)hν]2与hv的关系图以及（c）带隙值与样品名称。

图9.TiO2（黑线）和Cu/TiO2样品的PL发射光谱。

图10.当存在样品T400时，不同紫外光照射时间下苋菜红染料（25mg/L）降解的紫外-可见吸收曲线（a）；不同温度下热处理的TiO2的脱色效率（%）（b）。

图11.当存在400℃煅烧样品TCu1时，不同紫外光照射时间下苋菜红染料（25mg/L）降解的紫外-可见吸收光谱的演变（a）；在紫外光下照射2h后所有含Cu纳米复合材料（TCu1→TCu5）的脱色效率（%）（b）。

图12.苋菜红浓度下降与辐照时间的动力学关系；在不同配方的光催化剂存在下记录的动力学曲线；（a）纯TiO2（样品T400-T700），（b）Cu/TiO2纳米复合光催化剂（在400℃下煅烧的样品TCu1-TCu5）；实线和虚线代表根据PFO动力学模型给出的预测；实验条件：C0=25mg/L；催化剂用量=0.166g/L；T=23±2℃；pH值7.0±0.2。

图13.Cu/TiO2（0.05%）存在下苋菜红染料溶液降解示意图，以及不同辐照时间（0→300min）下苋菜红染料降解（25mg/L）的典型紫外-可见吸收光谱演变。

图14.苋菜红染料浓度下降与紫外可见光（卤素灯）照射时间的动力学；在不同剂量的TCu1光催化剂存在下记录的动力学数据；实线和虚线代表根据PFO动力学模型给出的预测；实验条件：C0=25mg/L；T=23±2℃；pH值7.0±0.2。

图15.使用过的TCu1材料的SEM图像（a）；使用过的TCu1和原始材料的XRD图（b）；使用过的TCu1纳米复合材料的UV-VIS吸收光谱（c）；在两种材料（使用过的和原始的）存在下240分钟后的脱色效率（d）。