具有多級結(jié)構(gòu)的功能性氧化物納米纖維的制備和表征.pdf

1、本論文主要探討利用電紡技術結(jié)合溶膠凝膠方法制備具有多級結(jié)構(gòu)的功能性金屬氧化物納米纖維，內(nèi)容包括纖維的制備過程以及形貌和級次結(jié)構(gòu)的控制方法，對多級結(jié)構(gòu)納米纖維的物理化學性質(zhì)，如光催化、選擇性光催化和磁性質(zhì)等進行了研究。通過對纖維性質(zhì)的研究，探討了纖維材料在水污染處理、空氣污染治理、選擇性光降解和吸波材料等領域的應用。 1．中空介孔TiO<,2>和SiO<,2>連續(xù)納米結(jié)構(gòu)纖維的制備利用同心雙管電紡的方法制備了連續(xù)可紡的中空TiO<

2、,2>介孔纖維，纖維長度可達30 cm，直徑為0.1-4μm，壁厚為60-500 nm之間?？刂齐娂徰b置中內(nèi)外管的N2壓力可以調(diào)控TiO<,2>中空纖維的直徑和壁厚。根據(jù)N<,2>吸附脫附曲線計算表明纖維的比表面積為200-208 m<'2>/g，平均孔徑為6.7 nm。雖然中空纖維的管壁上有些區(qū)域具有很規(guī)則的二維六方介孔結(jié)構(gòu)，但整體而言，介孔沒有長程有序性。經(jīng)過對亞甲基蘭水溶液和甲醛氣體的光催化降解實驗，發(fā)現(xiàn)TiO<,2>介孔中空纖維

3、比商品化的光催化劑P25和自制的介孔TiO<,2>粉體具有更高的光催化效率。 為防止得到的纖維回縮，改變接收裝置，雙管共噴不互溶的機油和介孔SiO<,2>凝膠前驅(qū)體，制備了中空介孔SiO<,2>納米纖維，得到的纖維管壁不僅具有介孔還具有微孔。這種多級結(jié)構(gòu)介孔纖維的長度可達10 cm，直徑為100-400 nin，壁厚在50-200 nm。N<,2>吸附脫附實驗表明纖維具有很高的比表面積，約為468.0m<'2>/g，其孔徑分布集

4、中在6.6 nm，微孔的比表面積為312,1 m<'2>/g，對表面積的貢獻率為67﹪。但是，多級結(jié)構(gòu)SiO<,2>纖維介孔的有序性較差，是蠕蟲狀介孔，沒有長程有序性，并進一步對兩種介孔的形成機理進行了詳細討論。 2．具有選擇性光催化性質(zhì)的介孔TiO<,2>(核)/SiO<,2>(殼)納米纖維的制備為了解決單純的TiO<,2>沒有光催化選擇性的問題，我們利用雙管電紡技術制備了介孔TiO<,2>(核)/SiO<,2>(殼)復合納米

5、結(jié)構(gòu)纖維，纖維的長度可達20-30 cm，直徑為100-300 nin，殼層厚度為5-50 nm。通過調(diào)節(jié)電紡過程工藝參數(shù)可調(diào)控核殼結(jié)構(gòu)納米纖維核的直徑與殼層的厚度。根據(jù)纖維的N2吸附脫附曲線，通過DFT方法計算得出TiO<,2>核的孔徑為7 nm，而在SiO<,2>殼層中存在兩種孔徑分別為3.5 nm和1-3 nm的孔。利用該介孔核殼結(jié)構(gòu)納米纖維作為光催化劑降解同種濃度的亞甲基蘭染料(或活性黃染料)和分散大紅染料水溶液實驗，發(fā)現(xiàn)其具有

6、非常優(yōu)異的尺寸選擇性光催化性質(zhì)。 3.鐵基納米結(jié)構(gòu)纖維的制備鐵基中空纖維在催化、吸波和磁性材料等諸多領域有著廣泛應用，本實驗利用雙管電紡技術結(jié)合溶膠凝膠方法制備了α-Fe<,2>O<,3>中空纖維，得到的空心纖維的外徑為0.5-5μn，壁厚為200-800 nm。將α-Fe<,2>O<,3>中空纖維在不同H<,2>氣氛條件、不同溫度下還原并氧化得到了α-Fe和γ-Fe<,2>O<,3>中空纖維。中空鐵基纖維在微納器件和催化領域?qū)?/p>

7、有很好的應用前景，而且雙管電紡技術可適用于多種功能性氧化物中空纖維的制備，極大地豐富了管狀纖維的制備方法。 以醋酸鋅、堿式醋酸鐵為原料，檸檬酸為螯合劑，結(jié)合單管電紡技術制備了ZnFe<,2>O<,4>干凝膠納米纖維，然后高溫燒結(jié)除去有機組分得到具有多晶結(jié)構(gòu)的ZnFe<,2>O<,4>納米纖維。得到的ZnFe<,2>O<,4>納米纖維直徑為100nm到幾微米，纖維由20-30 nm的尖晶石型ZnFe<,2>O<,4>納米顆粒線性排