DOI:10.1016/j.cej.2020.125644
将含无机（TiO2中空球，PAN：聚丙烯腈）和有机（预碳化聚丙烯腈）有序共混物的TiO2@PAN纳米纤维在可见光照射下（λ>420 nm）暴露于Cr（VI）和As（Ⅲ）。相对光催化活性如下：TiO2@PAN-3（30 mg）>TiO2@PAN-4（40 mg）>TiO2@PAN-2（20 mg）>TiO2@PAN-1（10 mg）>PAN。相对于PAN和其他样品，含30 mg TiO2中空球的TiO2@PAN-3表现出高的光转化率（99％的Cr（VI）光还原效率和83％的As（V）形成率）和稳定性（五个循环）。Cr（VI）和As（Ⅲ）协同作用的新见解为处理复杂的水污染物提供了参考方法。一系列仪器分析技术证明了TiO2@PAN-3中的电子-空穴分离效率。TiO2@PAN-3的电子顺磁共振（EPR）显示出更强的DMPO/·OH加合物信号。此外，在TiO2@PAN-3复合电极电化学阻抗谱（EIS）奈奎斯特图上发现了最小的圆弧半径，这表明TiO2@PAN-3界面具有最小的电荷转移电阻。另外，TiO2@PAN-3表现出最低的光致发光（PL）强度，这表明它显示出最高的电子-空穴分离效率。基于这些结果，研究者设想将来可以构建具有高Cr（VI）光还原率（99％）和As（III）光氧化性能以及高稳定性（五个循环后光还原率仍达82％）的TiO2@PAN-3光催化剂，用于去除实际水样中的重金属。
图1.（a）静电纺丝工艺示意图，（b）TiO2@PAN电纺垫的SEM图像，（c）TiO2@PAN电纺垫（插图：处理过的纳米纤维粉末），（d）装有处理过的纳米纤维粉末的石英烧杯（50 mL）和（e）光反应器的示意图。
图2.煅烧模式下，含（a，e）10 mg、（b，f）20 mg、（c，g）30 mg、（d，h）40 mg TiO2中空球的TiO2@PAN的TEM图。（a-d）400℃/3hr/空气，（e-h）500℃/3hr/N2。
图3.碳化过程中PAN前驱体的结构变化。
图4.（a）TiO2@PAN-3的TEM图像，（b）TiO2中空球的SAED，（c）TiO2@PAN-3的HTEM图像（插图：预碳化PAN的SAED）。
图5.TiO2、TiO2@PAN-1、TiO2@PAN-2、TiO2@PAN-3和TiO2@PAN-4纳米材料的XRD光谱。
图6.（a）Ti 2p、（b）O 1s、（c）C 1s和（d）N 1s的TiO2@PAN XPS峰。
图7.（a）合成的TiO2@PAN-3的拉曼光谱，（b）TiO2、PAN和TiO2@PAN-3的漫反射紫外-可见光谱。
图8.（a）归一化Cr（VI）浓度、（b）溶液中总Cr离子浓度随曝光时间的变化以及（c）在400℃/3hr/空气的可见光照射下，PAN、TiO2@PAN-1、TiO2@PAN-2、TiO2@PAN-3和TiO2@PAN-4的水悬浮液中Cr（VI）的光还原率。反应条件：Cr（VI）的初始浓度为5 mg L-1（50 mL），催化剂负载量=0.6 g L-1，pH=4.0，300W Xe灯（>420 nm），光照时间=180分钟。
图9.（a）归一化Cr（VI）浓度、（b）溶液中总Cr离子浓度随曝光时间的变化，以及（c）在500℃/3hr/N2的可见光照射下，PAN、TiO2@PAN-1、TiO2@PAN-2、TiO2@PAN-3和TiO2@PAN-4的水悬浮液中Cr（VI）的光还原率。反应条件：Cr（VI）的初始浓度为5 mg L-1（50 mL），催化剂负载量=0.6 g L-1，pH=4.0，300W Xe灯（>420 nm），光照时间=180分钟。
图10.（a）全扫描XPS光谱，（b）光反应后TiO2@PAN-3上铬的Cr 2p光谱。
图11.在不同初始pH值、可见光照射下，（a）归一化Cr（VI）浓度和（b）溶液中总Cr离子浓度随曝光时间的变化。反应条件：Cr（VI）的初始浓度为5 mg L-1（50 mL），催化剂负载量=0.6 g L-1，300W Xe灯（>420 nm），光照时间=180分钟。
图12.在可见光照射下，溶液中As（V）浓度随曝光时间的变化。反应条件：As（Ⅲ）的初始浓度为10 mg L-1（50 mL），催化剂负载量=0.6 g L-1，pH=4.0，300W Xe灯（>420 nm），光照时间=180分钟。
图13.在可见光照射下，溶液中（a）归一化Cr（VI）浓度和（b）As（V）浓度随曝光时间的变化。反应条件：50 mL，Cr（VI）的初始浓度为5 mg L-1，As（Ⅲ）的初始浓度为10 mg L-1，催化剂负载量=0.6 g L-1，pH=4.0，300W Xe灯（>420 nm），光照时间=180分钟。
图14.在相似的辐照条件下，五次Cr（VI）光还原循环中TiO2@PAN-3的重复使用。
