/CuO/Cu全介孔納米纖維的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種高純度Ti02/Cu0/Cu全介孔納米纖維的制備方法，屬于納米纖維技術領域。
【背景技術】
[0002]T12是一種典型的η型半導體光催化劑材料，一些P型的半導體復合可以形成ρ-η型的異質結耦合可以顯著提高其光催化性能。其中代表性的銅氧化物如CuO或Cu2O均屬于P型半導體，而且其帶隙較窄，與T12復合后形成Ρ-η型的T1 2-CuO光催化劑，一方面可以減小其帶隙，能夠比較有效的利用可見光。另外一方面，在受到紫外光激發時，從T12價帶(VB)上躍迀的受激電子，易與其導帶(CB)接近的CuO的空穴結合，具有強還原性激發電子和強氧化性的空穴分別保持在CuO的導帶(CB)和T12的價帶(VB)上，實現了光生電子和空穴的有效分離，抑制電子-空穴復合幾率，從而提高打02的光催化能力。此外，單質Cu修飾T12亦可有效延長光生載流子的壽命，強化其光催化性能。目前有大量的文獻報道了二元體系的Ti02/Cu0和Ti02/Cu復合材料的制備。然而，少有文獻涉及到三元體系的Ti02/Cu0/Cu復合材料的制備，仍存在著嚴峻的挑戰。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是針對現有的技術存在上述問題，提出了一種高純度全介孔結構的Ti02/Cu0/Cu納米纖維。
[0004]本發明的目的可通過下列技術方案來實現:一種高純度Ti02/Cu0/Cu全介孔納米纖維，所述納米纖維主要組成元素為T1、0、Cu，主要表現形式為Ti02、CuO、Cu，所述納米纖維具有多孔結構，所述多孔結構的孔包括介孔。
[0005]作為優選，所述納米纖維具有多孔結構且所述多孔結構的孔均為全介孔。
[0006]作為優選，所述納米纖維的比表面積為15-40m2/g，孔徑值為30_45nm。
[0007]上述高純度Ti02/Cu0/Cu全介孔納米纖維的制備方法包括如下步驟:
[0008]配制前驅體紡絲液；
[0009]將前驅體紡絲液進行靜電紡絲得到有機前驅體納米纖維；
[0010]將上述制得的有機前驅體納米纖維經高溫煅燒，即可得Ti02/Cu0/Cu全介孔納米纖維。
[0011]在上述高純度Ti02/Cu0/Cu全介孔納米纖維的制備方法中，配制前驅體紡絲液的方法為:將聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和鈦酸丁酯(TBOT)溶解于溶劑中，攪拌均勻，然后加入發泡劑和乙酸銅并繼續攪拌得前驅體紡絲液。
[0012]前驅體紡絲液的濃度主要是通過影響溶液粘度影響纖維的形貌及直徑。若前驅體紡絲液的濃度過低，在靜電紡絲中，溶液粘度極低，很難維持噴絲細流的連續性，不能形成穩定的流體，而形成了噴射液滴，因此得到呈不規則塊狀體納米纖維，沒有纖維出現。若前驅體紡絲液的濃度過高，纖維有粗有細，分布不均勻，甚至出現粘結現象，其原因在于，聚合物分子之間相互作用開始影響聚合物鏈的運動，聚合物分子鏈相互纏結，若濃度繼續增加，聚合物相互交穿，形成凍膠。高濃度的流體在針頭迅速干燥以及聚合物形成凍膠引起的流體在針頭流動的不穩定，難于維持噴絲細流，同時造成噴頭粘連，使靜電紡絲無法進行。因此，在配制前驅體紡絲液中，需要控制好各原料之間的質量關系，從而使前驅體紡絲液達到合適的濃度，進而形成很好纖維形貌，直徑分布均勻的納米纖維。在上述前驅體紡絲液的配制中TBOT提供Ti源供T12合成，PVP調控紡絲液的粘度，在后續的煅燒處理中分解揮發完全，發泡劑在煅燒處理過程中分解釋放出大量的氣體對纖維基體進行造孔。
[0013]作為優選，配制前驅體紡絲液的方法中所述的溶劑為無水乙醇和冰醋酸的混合液。
[0014]進一步優選，配制前驅體紡絲液的方法中所述的無水乙醇和冰醋酸的體積比為2-3:10
[0015]作為優選，配制前驅體紡絲液的方法中所述的發泡劑為偶氮二甲酸二異丙酯(DIPA)。本發明納米纖維采用發泡輔助靜電紡絲法制成全介孔結構，其中DIPA作為發泡劑加入可實現纖維基體造孔的目的。
[0016]在上述高純度Ti02/Cu0/Cu全介孔納米纖維的制備方法中，所述的靜電紡絲的方法為:將前驅體紡絲液注入針管內，并置于靜電紡絲機，金屬針頭作電紡絲陽極，錫箔或鐵絲網作接收材料的陰極，在高壓下進行靜電紡絲，然后從鐵絲網上收集得到有機前驅體納米纖維。
[0017]靜電紡絲是一個簡單、靈活的制備纖維技術，其基本原理為:在高壓電場的作用下，懸于毛細管出口的前驅體紡絲液滴變形為泰勒錐。隨著電場強度的進一步提高，當液滴表面由于所帶電荷形成的靜電排斥力超過其本身的表面張力時，在泰勒錐的頂端形成液體細流，帶有電荷的液體細流在電場中流動，進一步受到拉伸作用，同時溶劑蒸發(或熔體冷卻)，成為纖維并沉積在接收裝置上，形成有機前驅體纖維材料。在靜電紡絲過程中，影響纖維性能的電紡參數主要有:前驅體紡絲液的濃度、紡絲電壓、陽極與陰極之間的距離和溶液流速等。
[0018]作為優選，靜電紡絲中前驅體紡絲液注入針管內的注射速度為0.8-1.2ml/ho
[0019]作為優選，靜電紡絲中所述陽極與陰極之間的距離為18cm-22cm，所述高壓為18kV-22kV。隨著陽極與陰極之間接收距離的變化，納米纖維的形態也發生了變化，在不考慮其他因素的情況下，接收距離過小會產生“念珠狀”纖維緊貼在陰極，進而影響納米纖維的性質。電壓小于ISkV時，大部分前驅體紡絲液滴落在收集的鐵絲網上，靜電紡絲不能進行；當電壓高于22kV時，發生強烈的電暈放電，靜電紡絲則不能繼續進行。前驅體紡絲液在18kV-22kV高壓的靜電紡絲中，纖維平均直徑隨著紡絲電壓的增大而增大。
[0020]作為優選，靜電紡絲中所述從錫箔或鐵絲網上收集得到有機前驅體納米纖維還需要進行干燥處理。進一步優選，所述干燥的溫度為50-70°C。
[0021]在上述高純度Ti02/Cu0/Cu全介孔納米纖維的制備方法中，所述高溫煅燒的溫度為540-560°C，保溫時間為l_3h。
[0022]作為優選，為了提高納米纖維的結晶度，步驟(2)中的煅燒處理在空氣氣氛下進行。
[0023]與現有技術相比，本發明具有如下優點:
[0024]1、本發明納米纖維為具有全介孔結構的三元體系的復合納米纖維，即Ti02/Cu0/Cu納米纖維。
[0025]2、本發明通過調控原料成份，有效調控Ti02/Cu0/Cu全介孔納米纖維的結構。
[0026]3、本發明Ti02/Cu0/Cu全介孔納米纖維的制備方法簡單可控。
[0027]4、本發明Ti02/Cu0/Cu全介孔納米纖維在光催化劑中的應用具有高效性和穩定性。
【附圖說明】
[0028]圖1為本發明實施例1制得的有機前驅體納米纖維的低倍掃描電鏡(SEM)圖。
[0029]圖2為本發明實施例1制得的Ti02/Cu0/Cu全介孔納米纖維的低倍掃描電鏡(SEM)圖。
[0030]圖3為本發明實施例1制得的Ti02/Cu0/Cu全介孔納米纖維的高倍掃描電鏡(SEM)圖。
[0031 ]圖4為本發明實施例1制得的Ti02/Cu0/Cu全介孔納米纖維的X射線衍射(XRD)圖。
[0032]圖5為本發明實施例1制得的Ti02/Cu0/Cu全介孔納米纖維的X射線衍射(XRD)區域放大圖。
[0033]圖6為本發明實施例1制得的Ti02/Cu0/Cu全介孔納米纖維的比表面和孔徑分析圖。
[0034]圖7為本發明對比例I制得的有機前驅體納米纖維掃描電鏡(SEM)圖。
[0035]圖8為本發明對比例I制得的Ti02/Cu納米纖維的掃描電鏡(SEM)圖。
[0036]圖9為本發明對比例I制得的Ti02/Cu納米纖維的X射線衍射(XRD)圖。
[0037]圖10為本發明對比例I制得的Ti02/Cu納米