DOI: 10.1016/j.apcatb.2023.122623

近年来，压电光催化技术已成为一种很有前途的废水处理方法。本研究通过并排静电纺丝制备了一种新型压电材料，即柔性竹节状BaTiO₃//ZnO Janus纳米纤维膜（BTO//ZO JNM）。所制备的BTO//ZO JNM在搅拌和光照下去除双酚A、刚果红、亚甲基蓝和盐酸四环素时表现出优异的耐久性和通用性。在60min内，这些污染物的去除率分别达到94.75%、93.45%、99.06%和97.65%。还研究了Ni²⁺和Cu²⁺的吸附及其对催化降解的影响。重要的是，由于宏观极化显著提高，BTO//ZO JNM具有比单轴共混纳米纤维膜更高的降解效率，COMSOL模拟表明了这一点。通过Janus异质结的结构-性能关系对压电光催化机理进行了深入研究。总体而言，该BTO//ZO JNM工艺将为开发用于处理混合污染物的压电材料提供一种新的策略。

图1.BTO/ZO NM（a）和2%BTO//ZO JNM（b）的SEM图像；2%BTO//ZO JNM的TEM图像（c）；2%BTO//ZO JNM的放大（d）；2%BTO//ZO JNM的EDS图谱（e）以及Ba、Ti、Zn、O和F的相应EDS元素图谱

图2.2%BTO//ZO JNM压电响应的相对相位（a）和振幅（b），相位滞后回线（c）和振幅蝴蝶环（d）

图3.不同样品的XRD图谱（a），2%BTO//ZO JNM以及吸附Ni²⁺和Cu²⁺后2%BTO//ZO JNM的XPS全扫描光谱（b）

图4.在搅拌、光照和搅拌+光照下，BTO、ZO、BTO/ZO NM和2%BTO//ZO JNM的TC压电光催化降解效率及其动力学曲线（a,c）；在搅拌+光照下，不同BTO和ZO含量的BTO//ZO JNM的TC压电光催化降解效率及其动力学曲线（b,d）；所有膜在不同条件下降解TC的一级速率常数k的比较（e,f）

图5.不同浓度Ni²⁺（a,c,e,g）和Cu²⁺（b,d,f,h）溶液中BPA、CR、MB和TC的去除

图6.在清除剂存在下，2%BTO//ZO JNM降解BPA（a）、CR（b）、MB（c）和TC（d）的压电光催化氧化；无任何光照、搅拌、光照和搅拌+光照下，•OH和•O₂^-自由基的ESR信号（e,f）；2%BTO//ZO JNM对Ni²⁺溶液中TC的循环试验（g）；六次循环恢复后，2%BTO//ZO JNM卷绕和折叠的数码照片（h）；六次循环恢复后2%BTO//ZO JNM的SEM图像（i）和XRD图案（j）

图7.2%BTO//ZO JNM的C1s（a）、N1s（b）、Ti2p（C）、O1s（d）、Ba3d（e）、Zn2p（g）、Ni2p（g）和Cu2p（h）光谱

图8.BTO和ZO NM的UV-Vis吸收光谱（a）；BTO和ZO NM的（αhυ）1/2与hυ的关系图（插图）；BTO、ZO、BTO/ZO NM和2%BTO//ZO JNM的PL光谱（b）；BTO、ZO、BTO/ZO NM和2%BTO//ZO JNM的光电流—时间响应曲线（c）；BTO、ZO、BTO/ZO NM和2%BTO//ZO JNM的EIS奈奎斯特图（d）

图9.BTO纳米纤维（a,b）、ZO纳米纤维（c,d）、BTO/ZO纳米纤维（e,f）和2%BTO//ZO Janus纳米纤维（g,h）的应变和电场分布

图10.2%BTO//ZO JNM在光照（a）和搅拌+光照（b）下的压电光催化机理；2%BTO//ZO JNM的污染物降解示意图（c）