DOI: 10.1039/c9ta06530j
在此，作者提出了一种光催化活性的水净化系统，由ZnO纳米晶体支撑在一个柔性的电纺半导体纳米纤维垫上。纳米纤维具有核-鞘结构，由聚丙烯腈（PAN）核和低带隙p型半导体聚吡咯（PPY）鞘组成。在UVA辐照下，PPY与n型半导体ZnO之间形成的异质结促进了界面上光生载流子的分离。与相同的氧化锌颗粒被支撑在绝缘的裸PAN纳米纤维上相比，这降低了电荷复合率，提高了光催化效率。通过光催化试验和光电化学表征，研究者发现光激发电子优先聚集在PPY鞘上并与溶解氧反应，而过量的空穴在ZnO表面上产生高氧化自由基并降解持久性污染物。由于PPY鞘的合成是在水中进行的，因此纳米纤维的生产是可扩展和可持续的。虽然以前的研究将光活性金属氧化物纳米粒子固定在绝缘垫上，以帮助其在使用后收集，这是最新的报告表明，柔性半导体支撑材料可以在光催化过程中起到积极的作用，并显著地提高其有效性。这种方法为光催化应用的新型负载杂化材料的设计铺平了道路。
图1用氧化锌纳米晶修饰的核-鞘PAN@PPY纳米纤维的制备。
图2 PAN（A）和PAN@PPY纳米纤维（B）的扫描电镜照片。比例尺对应5 mm。插图：相应垫子的数码照片。PAN和PAN@PPY垫的物理化学性质：电导率（C）、在UVA-Vis-NIR区的吸收（D）、O/C（E）和S/C（F）元素比值。
图3（A）PAN@PPY种子和（B）PAN@PPY/ZnO样品的扫描电镜照片。比例尺对应于5 mm。（C）（1）PAN@PPY/ZnO垫和参考粉末（2）Zn种子和（3）ZnO_HT90的X射线衍射图。（D）通过XPS全扫描评估纤维表面元素组成。＃表示与某个化学元素的任何其他平均值在统计学上显著不同（p <0.05）的平均值。
图4（A）在PAN@PPY/ZnO上测得的UVA光下甲基橙（MO）消除的百分比和（B）MO消除的稳定性。实验条件在方法第2.7节中详细介绍。（A）：从左到右，直接光解（DP），并在存在PAN@PPY垫、PAN/ZnO垫和PAN@PPY/ZnO垫的情况下进行减光。*：对于p <0.05，该平均值与图A中所有平均值之间的差异显着。对于p <0.05，图B中的所有平均值均无显著差异。（C）PAN@PPY/ZnO纤维用于5个后续光降解循环后的SEM显微照片和X射线衍射图。比例尺对应于5mm。衍射图中的黑色三角形表示多晶氧化锌。
图5在存在选择性自由基清除剂的情况下，在PAN@PPY/ZnO上测得的UVA光下MO消除的百分比（A）。从左至右，在缺氧条件下减少（N2），分别减少对苯醌（BQ）、AgNO3、KI、CH3CN以及CH3CN 和KI在空气中的添加量。水平线代表在存在PAN@PPY/ZnO（蓝色）的情况下MO直接光解（DP，绿色）和MO降解的平均值（实线）以及标准偏差（阴影区域）。*：该平均值与除DP以外的所有其他平均值之间的差异显著，p <0.05。＃：该平均值与所有其他平均值之间的差异显着，p <0.05。ITO/ZnO_HT90（B和C）和ITO/PPY（D和E）的计时电位法（左列，B和D）和循环伏安法（右列，C和E）。在氮气气氛下，在0.1 M KNO3水溶液（pH=9）中记录了暗光循环。在相同的计时电位条件下，以0.2 V s-1的电位扫描速度在黑暗中记录循环伏安曲线。
图6在ZnO纳米晶体和PPY鞘之间形成的异质结的能带图以及在UVA照射下发生过程的示意图。此处的带能说明了与NHE的关系。
