DOI: 10.1016/j.chemosphere.2022.137195

在这项工作中，通过掺杂Zr调节TiO2纳米纤维膜的表面微结构，制备了具有完整表面微结构的TiO2纳米纤维膜（NFM）。晶体结构和形态分析表明，纳米纤维膜由无序堆积的Zr掺杂TiO2纳米纤维组成，表面无裂纹、晶粒尺寸小且纵横比较高。当Zr的掺杂量为0.8 mL时，掺杂膜的拉伸强度达到1.27 ，比纯TiO2 NFM高60.7%。通过模拟阳光照射下甲基橙（MO）的降解性能来评估Zr掺杂TiO2 NFM的光催化性能。与未掺杂的TiO2 NFM相比，0.8-Zr/TiO2 NFM表现出更高的催化降解效率（提高了69.6%），并且在五次循环后光催化性能保持稳定。研究发现，Zr离子的掺杂有效地限制了TiO2纳米纤维的表面裂纹尺寸和晶粒尺寸，从而提高了拉伸强度，增强了TiO2 NFM的表面积效应和载流子传输效率。另一方面，通过掺杂少量Zr离子获得了窄带隙，这扩大了可见光响应范围，提高了TiO2纳米纤维的光催化性能。

图1.（A）制备样品的XRD图，（B）（101）和（004）衍射峰的放大图。

图2.（A）TiO2、（B）0.2-Zr/TiO2、（C）0.5-Zr/TiO2、（D）0.8-Zr/TiO2和（E）1.0-Zr/TiO2的SEM图像；（F-G）0.8-Zr/TiO2 NFM的元素映射；（H）TiO2和（J）0.8-Zr/TiO2 NFM的纤维直径分布。

图3.（A）0.8-Zr/TiO2 NFM的XPS全扫描光谱，以及0.8-Zr/TiO2 NFM中（B）Ti2p、（C）O1s和（D）Zr3d区域的高分辨率XPS光谱。

图4.（A）制备样品的拉伸应力-应变曲线，（B,C）展示0.8-Zr/TiO2 NFM拉伸强度和柔软度的数字照片。

图5.（A）所有制备的纳米纤维膜的紫外-可见吸收光谱和（B）带隙图。

图6.（A）模拟阳光照射下MO的光催化降解曲线，（B）制备样品的相应伪一级动力学，（C）和（D）不同照射时间下经TiO2 NFM和0.8-Zr/TiO2 NFM光催化降解后MO溶液的紫外-可见光谱变化。将合成的各种光催化剂（尺寸为4x4cm2 X-Zr/TiO2 NFM）浸入100mL MO溶液（10mg/L）中。

图7.（A）0.8-Zr/TiO2 NFM在模拟阳光照射下对多种污染物的光催化降解曲线，（B）0.8-Zr/TiO2 NFM样品在模拟阳光照射下对MO的回收试验，（C）显示经0.8-Zr/TiO2 NFM样品光催化前后MO溶液颜色变化的数字照片。将光催化剂（尺寸为4x4cm2 0.8-Zr/TiO2 NFM）浸入100mL污染物溶液（10mg/L）中。

图8.（A）制备样品的瞬态光电流和（B）奈奎斯特图。（C）不同猝灭剂对模拟阳光照射下MO光催化的影响。（D）Zr掺杂TiO2 NFM的模拟阳光驱动光催化降解示意图。