作为最重要的半导体材料之一，一维（1D）TiO2纳米材料因其独特的结构特征、出色的光学或电学性能而备受关注。静电纺丝是制备具有高孔隙率、可控尺寸、设计结构和可调力学性能的一维TiO2纳米纤维（NFs）的最简便且最通用的方法之一，在光催化降解、太阳能电池、锂离子电池、水分解、传感器和催化剂载体等诸多领域具有广阔的应用前景。本文综述了电纺TiO2 NFs在结构/力学设计、制备和多功能应用方面的进展，介绍并分析了制备具有不同结构（多孔、中空、分层、定向和3D自组装纳米结构）的电纺TiO2 NFs的策略。此外，阐述了在柔性TiO2纳米纤维材料的构建和相应变形机制方面取得的最新突破。还讨论了电纺TiO2 NFs在环境修复、能源和传感器领域的一些成就。最后，简单总结了静电纺丝TiO2 NFs的主要挑战和未来发展方向。综上，本研究对能够满足高级应用的新型TiO2基纳米纤维材料的设计与构建具有重要的指导意义。
图1.具有不同纳米结构的电纺TiO2 NFs及其应用。
图2.（a）静电纺丝基本装置示意图。（b）典型静电纺丝射流的照片。（c）初纺TiO2前驱体NFs的SEM图像。（d）在空气中于500℃下煅烧后锐钛矿型TiO2 NFs的SEM图像。
图3.（a）具有有序介孔的TiO2 NFs的形成机制示意图。（b）通过化学蚀刻处理方法制备的多孔TiO2 NFs的示意图。（c）同轴静电纺丝装置示意图。（d）TiO2中空NFs的SEM图像。（e-h）多通道中空TiO2 NFs的SEM图像。（i）乳液静电纺丝形成中空TiO2 NFs的机理示意图。（j）通过双模板策略静电纺丝中空TiO2 NFs的过程图。（k）通过调节前体浓度形成实心、管中管和中空TiO2 NFs的机制示意图。
图4.分层TiO2 NFs的SEM图像：（a）含Ag NPs的TiO2 NFs。（b）麦粒纹理的CuO/TiO2 NFs。（c）含ZIF-8纳米立方体的TiO2 NFs。（d）含V2O5纳米棒的TiO2 NFs。（e）含WO3纳米棒的TiO2 NFs。（f）含ZnO纳米线的TiO2 NFs。（g）含ZnO纳米片的TiO2 NFs。（h）含MoS2纳米片的TiO2 NFs。（i）含FeOOH薄片的TiO2 NFs。
图5.（a）具有空气屏蔽功能的改良型接收器用于制备定向电纺纤维的示意图。（b）配备辅助电极的静电纺丝装置用于制备定向纤维的示意图。（c）分别为定向电纺TiO2纤维的光学照片和（d）SEM图像。（e）用于制备TiO2纳米纤维纱线的静电纺丝系统示意图。（f）TiO2纳米纤维纱线的SEM图像。（g）TiO2纳米纤维气凝胶的构建过程示意图。（h-j）TiO2纳米纤维气凝胶在不同放大倍率下的形态。
图6.（a）易碎TiO2和（b）TZ纳米纤维膜的FE-SEM图像和照片。（c）各种TZ纤维膜的拉伸应力-应变曲线以及（d）杨氏模量和弯曲刚度。（e）弯曲的TZ纤维膜和（f）弯曲的单根TZ纳米纤维的SEM图像。（g）TiO2和Y掺杂TiO2 NFs的应力分布。
图7.（a）TiO2 NPs修饰柔性TiO2纳米纤维膜的照片和SEM图像。（b）柔性膜对MB的降解性能和（c）可回收性。（d）Pt/TiO2 NFs的照片、SEM和HRTEM图像。（e）Pt/P25和Pt/TiO2 NFs的甲醛降解曲线。（f）甲醛浓度与循环次数之间的关系。（g）柔性Ag/BiOI/TiO2纳米纤维膜的SEM图像。（h）大肠杆菌在各种样品上的光催化灭活。（i）Ag/BiOI/TiO2纳米纤维膜/太阳能系统中光催化消毒的可重复使用性实验。
图8.（a）TiO2/W18O49 NFs的SEM图像。（b）TiO2/W18O49异质结构中等离子体诱导热电子的动力学过程示意图。（c）各种样品的光催化析氢。（d）wire-in-wire TiO2/C NFs的FE-SEM、HRTEM和光学图像。（e）TiO2/C NFs在5A/g下的循环性能。（f）22个LEDs点亮后的照片。（g）多尺度多孔（MSP）TiO2 NFs的SEM图像。（h）MSP TiO2 NFs中电子传输过程和电解质扩散过程的示意图。（i）DSSCs的电流密度-电压（J-V）曲线。
图9.（a）传感器装置示意图。（b）Co3O4/TiO2 NFs的FE-SEM图像。（c）Co3O4/TiO2传感器对CO的响应。（d）Co3O4/TiO2传感器的再现性。（e）附着在曲面上的光电传感器的照片。（f）高度取向TiO2 NFs的SEM图像。（g）柔性TiO2光电传感器在黑暗或不同光照下的I-V曲线和（h）光开关特性。（i）TiO2-Au NFs用于光电催化GSH传感的示意图。（j）TiO2 NFs的SEM图像。（k）TiO2和TiO2-Au NFs的光吸收光谱和（l）GSH选择性分析。
