采用同轴电纺法制备的聚(ε-己内酯)-TiO2纳米纤维的简易合成及光催化性能评估

《Next Materials》：Facile synthesis and photocatalytic assessment of poly(ε-caprolactone)-TiO 2 nanofibers produced using coaxial electrospinning method

本研究采用coaxial electrospinning法制备了聚（ε-己内酯）/二氧化钛（P25）核壳纳米纤维，并评估其光催化性能。结果表明，该材料能有效降解固体界面上的甲基蓝（MB）至3 ppm，同时紫外照射后亲水性显著增强，结构发生改变，为柔性自清洁材料在食品和医疗包装中的应用提供了依据。

　　
本研究聚焦于通过创新性同轴电纺技术制备聚（ε-卡洛酯）（PCL）与纳米二氧化钛（P25）复合核壳结构纳米纤维，并系统评估其光催化性能与材料稳定性。该技术采用双通道注射系统，将PCL溶液（内通道）与含P25的乙醇溶液（外通道）同步电纺，成功实现了P25在纤维表面定向负载，同时保持PCL基体的完整性。实验表明，这种结构设计使光催化活性位点（P25）与基体（PCL）形成有效协同，在有机污染物降解方面展现出显著优势。

材料制备方面，研究团队优化了PCL溶液的制备工艺，采用10:1体积比的醋酸与去离子水混合溶剂，通过高速搅拌（150 rpm）和恒温（25±1℃）处理，确保PCL粉末充分分散并形成均质溶液。P25纳米颗粒则通过乙醇超声分散制备，其平均粒径21 nm，比表面积50 m2/g，符合食品级安全标准。同轴电纺过程中，双通道溶液在电场作用下形成连续纤维，外层乙醇基体会自然挥发，促使P25颗粒以物理吸附形式均匀包覆在PCL纤维表面。

微观结构表征显示，PCL/P25复合纤维的直径显著小于纯PCL纤维（94±53 nm vs 423±108 nm），这源于外层乙醇溶液的流动性优势。扫描电镜（SEM）观察证实P25颗粒主要分布于纤维表面，形成稳定的三维网状结构，同时保留了PCL纤维的典型圆柱形特征。红外光谱（FTIR）与拉曼光谱（Raman）分析表明，复合体系中PCL与P25未发生化学键合，仅通过物理吸附结合，这为后续光催化反应中活性位点的高效释放奠定了基础。

光催化性能测试采用甲基蓝（MB）作为模型污染物，实验发现PCL/P25复合纤维对3 ppm浓度MB展现出卓越的降解能力，而纯PCL纤维无显著降解效果。这一差异主要源于P25的光催化特性：在紫外照射下，P25表面产生大量活性氧物种（ROS），通过自由基链式反应分解MB分子。值得注意的是，随着UV辐照时间延长，PCL纤维表面出现明显亲水化转变（接触角从119°降至12°），这归因于光催化降解过程中PCL链段断裂形成微孔结构，同时P25颗粒因持续光解作用逐渐脱离PCL包裹，暴露于反应体系。

稳定性评估实验采用超声波处理验证材料结构，结果显示经10分钟超声处理后，PCL/P25复合纤维仍保持完整的光催化活性，而纯PCL纤维在超声作用下结构崩解。这表明P25颗粒与PCL基体之间形成了牢固的物理结合，其界面结合强度足以抵抗机械外力作用。进一步重复光催化实验证实，经一次UV处理后，材料表面亲水性显著增强，二次处理仍能保持高效降解能力，但PCL基体出现局部裂纹，提示材料存在光降解可控性。

研究创新性体现在三方面：首先，采用同轴电纺技术实现P25的精准表面负载，避免传统混合纺丝中纳米颗粒分布不均的问题；其次，通过表面光催化降解诱导材料亲水化转变，形成自清洁表面与材料自降解的协同效应；最后，建立"结构-性能-稳定性"的构效关系模型，为柔性光催化材料的理性设计提供新思路。在应用前景方面，该材料兼具食品包装所需的生物降解性（PCL可在数月内降解）和光催化抗菌性（有效抑制革兰氏阳性/阴性菌及真菌），同时通过表面改性实现水接触角从疏水到超亲水的转变，显著提升污染物吸附效率。

未来研究方向应着重解决纳米材料迁移控制问题，通过表面接枝或复合涂层技术增强P25的固着性。此外，需开展长期储存稳定性测试与迁移实验，特别是针对不同pH值和温度条件下的材料性能变化。值得注意的是，虽然现有研究证实P25在低负载量下安全性，但需进一步验证纳米颗粒在光催化过程中是否会发生解离，及其对微生物细胞壁的特异性作用机制。这些研究将推动该材料从实验室向实际应用转化，在医疗包装、柔性传感器和自清洁织物等领域具有广阔前景。