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半导体光催化被认为是能够同时解决能源需求和环境污染问题的有效方法。二氧化钛(TiO2)由于其低成本，无毒和高化学稳定性而被研究。原始TiO2仍然被可见光利用率低和光生载流子复合率高的问题困扰。其中，负载纳米晶体的方法已被证明可以减少光激发的电荷载流子复合。例如，部分负载Ag和Au贵金属纳米颗粒的TiO2表现出优异的光催化活性。事实是因为金属纳米粒子在光催化反应过程中作为电子陷阱，从而降低了电子-空穴复合的速率。尽管与其它半导体光催化剂相比，TiO2具有许多优点，但其3.2eV的带隙限制了其只能应用于电磁波谱(λ≤387.5nm)的UV区域。因此，可见光活性TiO2的发展是半导体光催化领域的关键挑战之一。关于上述问题，本论文通过控制草酸(H2C2O4)在纺丝溶液中的添加量来控制TiO2纳米纤维裂管的开裂程度，改善TiO2光催化性能，并利用紫外光还原银纳米颗粒(AgNPs)和水热合成MoS2的方式对其进行改性，进一步增强复合光催化材料的光催化降解有机污染物的性能。具体工作如下：
(1)通过静电纺丝和后续的浸渍煅烧制备出TiO2纳米纤维裂管。以聚苯乙烯(PS)和H2C2O4为原料配制静电纺丝溶液，纺制成膜后将纳米纤维膜浸泡在乙醇/钛酸四丁酯(TBOT)溶液中15分钟，取出煅烧，得到TiO2纳米纤维裂管。通过在纺丝溶液中加入不同质量分数的H2C2O4，得到五种不同裂度的TiO2纳米纤维裂管。不添加H2C2O4时，获得TiO2纳米纤维管。当H2C2O4质量分数为1.0%时，得到带状TiO2纳米纤维。采用扫描电子显微镜(SEM)，透射电子显微镜(TEM)，X射线衍射(XRD)，热重分析(TG-DTA)和比表面积和孔径分析(BET)对其形貌、组分和比表面积进行表征。结果表明，纺丝液中的H2C2O4是形成TiO2纳米纤维裂管的主要原因。H2C2O4在制备TiO2纳米纤维管的过程中分解，释放出CO2和水蒸汽，导致TiO2纳米纤维管表面结构发生明显变化，获得开裂状的TiO2纳米纤维裂管，相比于TiO2纳米纤维管有更大的比表面积和更多的孔结构。实验表明：当H2C2O4添加量为0.3%时，会得到形貌最佳的纳米纤维裂管。该形态的TiO2纳米纤维裂管具有大表面积(67.55 m2 g-1)和较多的孔结构，并且裂缝宽度有70.0%保持在200nm-400nm。用罗丹明B(RhB)溶液作为模拟污染物进行催化实验，相比于TiO2纳米纤维管，TiO2纳米纤维裂管在紫外光下催化降解RhB时降解效率提高了23.0%；重复使用四次后，降解效率为94.0%。五种不同裂度的TiO2纳米纤维裂管降解过程符合Langmuir-Hinshelwood一级动力学反应，降解速率常数(k，min-1)分别为0.368、0.315、0.728、0.332和0.171。
(2)紫外光还原法在TiO2纳米纤维裂管表面负载AgNPs，制备出豆荚状Ag@TiO2纳米纤维裂管。系统研究了AgNO3溶液浓度对TiO2纳米纤维裂管表面AgNPs负载量和颗粒度大小的影响。通过SEM，TEM，XRD，能谱(EDS)，X射线光电子能谱(XPS)和漫反射光谱(DRS)研究了复合光催化剂的微观表面形态、结构、化学组成、元素价态和带隙宽度。结果表明AgNPs成功的负载于TiO2纳米纤维裂管表面，减小了禁带宽度提高了光催化性能。降解RhB溶液用于评价不同Ag负载量对豆荚状Ag@TiO2纳米纤维裂管的光催化活性影响。结果表明，紫外光还原法成功的将AgNPs子负载到在TiO2纳米纤维裂管的表面，通过三种不同浓度AgNO3溶液制备的豆荚状Ag@TiO2纳米纤维裂管在可见光下均具有出色的降解RhB溶液的能力。可见光下照射60分钟，RhB溶液被豆荚状(0.05M)Ag@TiO2(0.3%)降解96.3%，降解效率远高于TiO2(0.3%)，(0.01M)Ag@TiO2(0.3%)和(0.10M)Ag@TiO2(0.3%)。豆荚状(0.05M)Ag@TiO2(0.3%)纳米纤维裂管与TiO2纳米纤维裂管光催化能力比，催化能力提升了72.0%，重复使用四次后，降解效率为90.0%。三种Ag@TiO2纳米纤维裂管的降解过程符合一阶动力学方程，降解速率常数分别为0.159、0.049和0.020。
(3 )通过水热反应成功地将MoS2纳米片负载在TiO2纳米纤维裂管上，制备TiO2/MoS2纳米纤维裂管光催化复合材料。通过SEM，TEM，EDS，XRD，BET，XPS，DRS和光致发光光谱(PL)表征了TiO2/MoS2纳米纤维裂管复合材料的形貌、组成结构和光学特性。结果表明MoS2纳米片均匀生长在TiO2纳米纤维裂管上，不仅具有较高的结构稳定性，同时还具有大的比表面积(113.97 m2 g-1)。由于TiO2和MoS2之间紧密接触可以实现电子的快速转移，增强了样品的紫外-可见光驱动的光催化活性。通过降解MB(亚甲基蓝)溶液评估样品的吸收特性和催化活性。结果表明，TiO2/MoS2纳米纤维裂管复合材料对染料分子的吸附和分离光生电子载流子的能力得到显着增强。对MB溶液的吸附性能测试表明TiO2/MoS2纳米纤维裂管复合材料的Langmuir模型的拟合程度高，其模型系数为0.997，而Freundlich曲线拟合系数仅为0.784，最大吸附量qm为72.46mgg-1。在可见光的照射下，30分钟内降解94.1%的MB溶液，其降解过程符合低浓度底物的Langmuir-Hinshelwood一级动力学反应，降解速率常数为0.068。
综上所述，本实验研究利用静电纺丝和浸渍煅烧相结合的方法制备出TiO2纳米纤维裂管，通过负载AgNPs和MoS2纳米片对TiO2纳米纤维裂管进行改性使得TiO2光催化降解有机污染物性能得到明显提升，提高对太阳光的利用效率，可多次循环使用，应用前景良好。
(1)通过静电纺丝和后续的浸渍煅烧制备出TiO2纳米纤维裂管。以聚苯乙烯(PS)和H2C2O4为原料配制静电纺丝溶液，纺制成膜后将纳米纤维膜浸泡在乙醇/钛酸四丁酯(TBOT)溶液中15分钟，取出煅烧，得到TiO2纳米纤维裂管。通过在纺丝溶液中加入不同质量分数的H2C2O4，得到五种不同裂度的TiO2纳米纤维裂管。不添加H2C2O4时，获得TiO2纳米纤维管。当H2C2O4质量分数为1.0%时，得到带状TiO2纳米纤维。采用扫描电子显微镜(SEM)，透射电子显微镜(TEM)，X射线衍射(XRD)，热重分析(TG-DTA)和比表面积和孔径分析(BET)对其形貌、组分和比表面积进行表征。结果表明，纺丝液中的H2C2O4是形成TiO2纳米纤维裂管的主要原因。H2C2O4在制备TiO2纳米纤维管的过程中分解，释放出CO2和水蒸汽，导致TiO2纳米纤维管表面结构发生明显变化，获得开裂状的TiO2纳米纤维裂管，相比于TiO2纳米纤维管有更大的比表面积和更多的孔结构。实验表明：当H2C2O4添加量为0.3%时，会得到形貌最佳的纳米纤维裂管。该形态的TiO2纳米纤维裂管具有大表面积(67.55 m2 g-1)和较多的孔结构，并且裂缝宽度有70.0%保持在200nm-400nm。用罗丹明B(RhB)溶液作为模拟污染物进行催化实验，相比于TiO2纳米纤维管，TiO2纳米纤维裂管在紫外光下催化降解RhB时降解效率提高了23.0%；重复使用四次后，降解效率为94.0%。五种不同裂度的TiO2纳米纤维裂管降解过程符合Langmuir-Hinshelwood一级动力学反应，降解速率常数(k，min-1)分别为0.368、0.315、0.728、0.332和0.171。
(2)紫外光还原法在TiO2纳米纤维裂管表面负载AgNPs，制备出豆荚状Ag@TiO2纳米纤维裂管。系统研究了AgNO3溶液浓度对TiO2纳米纤维裂管表面AgNPs负载量和颗粒度大小的影响。通过SEM，TEM，XRD，能谱(EDS)，X射线光电子能谱(XPS)和漫反射光谱(DRS)研究了复合光催化剂的微观表面形态、结构、化学组成、元素价态和带隙宽度。结果表明AgNPs成功的负载于TiO2纳米纤维裂管表面，减小了禁带宽度提高了光催化性能。降解RhB溶液用于评价不同Ag负载量对豆荚状Ag@TiO2纳米纤维裂管的光催化活性影响。结果表明，紫外光还原法成功的将AgNPs子负载到在TiO2纳米纤维裂管的表面，通过三种不同浓度AgNO3溶液制备的豆荚状Ag@TiO2纳米纤维裂管在可见光下均具有出色的降解RhB溶液的能力。可见光下照射60分钟，RhB溶液被豆荚状(0.05M)Ag@TiO2(0.3%)降解96.3%，降解效率远高于TiO2(0.3%)，(0.01M)Ag@TiO2(0.3%)和(0.10M)Ag@TiO2(0.3%)。豆荚状(0.05M)Ag@TiO2(0.3%)纳米纤维裂管与TiO2纳米纤维裂管光催化能力比，催化能力提升了72.0%，重复使用四次后，降解效率为90.0%。三种Ag@TiO2纳米纤维裂管的降解过程符合一阶动力学方程，降解速率常数分别为0.159、0.049和0.020。
(3 )通过水热反应成功地将MoS2纳米片负载在TiO2纳米纤维裂管上，制备TiO2/MoS2纳米纤维裂管光催化复合材料。通过SEM，TEM，EDS，XRD，BET，XPS，DRS和光致发光光谱(PL)表征了TiO2/MoS2纳米纤维裂管复合材料的形貌、组成结构和光学特性。结果表明MoS2纳米片均匀生长在TiO2纳米纤维裂管上，不仅具有较高的结构稳定性，同时还具有大的比表面积(113.97 m2 g-1)。由于TiO2和MoS2之间紧密接触可以实现电子的快速转移，增强了样品的紫外-可见光驱动的光催化活性。通过降解MB(亚甲基蓝)溶液评估样品的吸收特性和催化活性。结果表明，TiO2/MoS2纳米纤维裂管复合材料对染料分子的吸附和分离光生电子载流子的能力得到显着增强。对MB溶液的吸附性能测试表明TiO2/MoS2纳米纤维裂管复合材料的Langmuir模型的拟合程度高，其模型系数为0.997，而Freundlich曲线拟合系数仅为0.784，最大吸附量qm为72.46mgg-1。在可见光的照射下，30分钟内降解94.1%的MB溶液，其降解过程符合低浓度底物的Langmuir-Hinshelwood一级动力学反应，降解速率常数为0.068。
综上所述，本实验研究利用静电纺丝和浸渍煅烧相结合的方法制备出TiO2纳米纤维裂管，通过负载AgNPs和MoS2纳米片对TiO2纳米纤维裂管进行改性使得TiO2光催化降解有机污染物性能得到明显提升，提高对太阳光的利用效率，可多次循环使用，应用前景良好。