活性碳纤维作为一种无机纤维具有较高的杨氏模量和机械强度以及耐高温和抗腐蚀性，并显示出与石墨接近的高导电和导热性，非常适合用作光催化剂的载体。更重要的是，活性碳纤维还具有较高的电子容量和电子迁移率，可接收从纳米TiO2表面转移来的光生电子，抑制其与光生空穴的复合，显著地提高了纳米TiO2的光催化性能。活性碳纤维呈黑色，显示出很好的光吸收性能，可以拓宽纳米TiO2的光响应范围，进而提高其光利用率。活性碳纤维具有巨大比表面积和发达孔隙结构，能够通过其强大的吸附力浓缩反应物，加速光催化反应过程。此外，粉末状纳米TiO2光催化剂在使用时，通常存在易团聚、难分散以及分离和回收困难等问题，而当其负载于活性碳纤维表面后，这些问题会得到不同程度的缓解。制备纳米TiO2/活性碳纤维多孔复合材料通常以钛酸丁酯（TBT）为钛源，活性碳纤维（ACF）为形貌导向剂，采用三步水热技术，具体过程如下：

首先将活性碳纤维浸渍于王水溶液中进行改性处理使其表面引入活性基团。同时按一定比例混合去离子水、浓盐酸、浓硫酸和钛酸丁酯形成TiO2生长液，并将其转移至聚四氟乙烯高压反应釜中，加入上述改性活性碳纤维后，在180℃反应4h使其中生成的锐钛矿型纳米TiO2颗粒（TiNPs）沉积到活性碳纤维表面，即得到纳米TiO2颗粒/活性碳纤维（TiNP/ACF）复合材料。

将一定量的NaOH水溶液和TiNP/ACF混合于反应釜中，并在180℃反应使生成的Na2Ti3O7纳米纤维（NaTiNFs）沉积到ACFs表面。然后将得到的NaTiNF/ACF用稀HCl水溶液洗涤直至其中Na+完全被H+置换得到H2Ti3O7纳米纤维（HTiNF/ACF）多孔材料。最后将上述材料加入含有稀HCl溶液的反应釜中，在150℃条件下进行水热相转变处理后即得TiO2纳米纤维负载活性碳纤维（TiNF/ACF）多孔材料。其完整的制备反应过程如图4-41所示。

图4-42给出了TiNF/ACF对甲苯的光催化降解性能。每次测试时吸附和光催化时间分别为2h和5h。可以看到TiNF/ACF存在时，甲苯的光催化降解率（ηt,C7H8）和CO2生成浓度（CCO2）随反应时间的延长而逐渐升高，说明TiNF/ACF可将其表面的甲苯降解并矿化成H2O和CO2。更重要的是，在相同条件下TiNF/ACF比未负载纳米TiO2纤维棒（TiRDs）显示更强的光催化降解性能。这体现出了ACF通过高效的吸附等效应对TiNF光催化系能的显著促进作用。此外，TiNF/ACF在对甲苯去除过程中还具有稳定且高效的吸附/光催化性能，四次循环使用后对甲苯的吸附效率和光催化降解率几乎没有发生明显的变化，如图4-43所示，显示出优良的重复利用性能。图4-3中（a）在ACF上沉积TiO2颗粒制备TiNP/ACF复合物，（b）TiNP/ACF在水热条件下合成NaTiNF/ACF复合物，（c）HCl溶液中H+置换Na2Ti3O7中Na+生成HTiNF/ACF复合物，（d）在HCl溶液中水热反应制备TiNF/ACF多孔材料。(www.daowen.com)

图4-41　TiNF/ACF多孔材料的形成过程示意图

图4-42　在氙灯辐射时ACFs、TiRDs和TiNF/ACF多孔材料光催化降解甲苯过程

图4-43　TiNF/ACF多孔材料对甲苯去除循环实验