[发明专利]纳米线铁酞菁/碳纳米纤维异质结复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料的技术领域，涉及纳米线铁酞菁/碳纳米纤维异质结复合材料，具体涉及纳米线铁酞菁/碳纳米纤维异质结复合材料的制备方法。

背景技术

金属酞菁是一种环内空穴可以容纳与之直径相匹配的如铁、钴、镍等许多过渡金属的大环配合物，酞菁环本身是具有18π电子的大的二维共轭体系，作为一种大环配合物，由于其在大于400nm的长的可见光区有较强的吸收峰而受到研究者们的广泛关注，被认为是最有开发潜质的可见光催化剂之一，这样就可以利用太阳能处理污水问题。光催化作用主要取决于光生电子和空穴的分离效果，为提高金属酞菁的可见光催化效率，多采用构建异质结材料，通常与金属酞菁构建异质结的材料为半导体金属氧化物，然而，其捕获和传输光生电子的能力有限。因此，与超强电子传输能力的电纺碳纳米纤维复合，可在一定程度上加强电子的传输运动，减少光生电子和空穴的复合几率。

然而，有机晶体通常难于长大，通常制备金属酞菁和碳纤维复合材料采用的方法是，将金属酞菁和经二氯亚砜处理后的碳纤维分散在有机溶剂中，烘干使金属酞菁转移至碳纤维上。这种制备方法通常比较复杂、产品良率较低，主要表现在金属酞菁与碳纤维的接触程度上疏松，甚至是物理附着在碳纤维上，难以形成良好的异质结，不利于光生电子的捕获与传输。

发明内容

本发明为解决现有技术中的缺陷，提供了一种纳米线铁酞菁/碳纳米纤维异质结复合材料的制备方法，本发明所提供的方法制备工艺简洁，是一种高效操作简便、价格低廉、环境友好、易于规模化生产。

本发明为实现其目的采用的技术方案是：

纳米线铁酞菁/碳纳米纤维异质结复合材料的制备方法，包括含铁碳纳米纤维的制备和复合材料的制备，所述复合材料的制备包括以下步骤：将含铁碳纳米纤维、4-硝基邻苯二腈和钼酸铵一同倒入反应釜中，然后向其中加入乙二醇，将反应釜密封，置于150-160℃烘箱中加热处理7-9h，取出反应釜，自然降温至室温，取出釜底反应产物，洗涤，烘干，得到产品。

4-硝基邻苯二腈：钼酸铵：含铁碳纳米纤维的重量比为(1.6-1.8):1:(4-6)。

含铁碳纳米纤维、4-硝基邻苯二腈、钼酸铵和乙二醇的总量为反应釜容积的78％-80％。进一步的乙二醇的用量为反应釜容积的75％＜V_乙二醇＜78％。

烘干时，将洗涤后的反应产物置于真空烘干箱中干燥4-6h，烘干温度为40-60℃。

洗涤时分别用乙醇和蒸馏水各清洗三次，先用乙醇洗涤三次，再用蒸馏水洗涤三次。

所述含铁碳纳米纤维的制备包括以下步骤：将聚丙烯腈和铁盐溶于N，N-二甲基甲酰胺中，然后通过静电纺丝的方法得到含铁盐的有机纳米纤维，然后再经过氧化、碳化处理，得到含铁碳纳米纤维。

所述含铁碳纳米纤维的制备的具体步骤如下：

(1)、将质量比为1：(0.01-0.03)的聚丙烯腈与FeCl₂·4H₂O溶于N，N-二甲基甲酰胺中，磁力搅拌20-24h，得到混合溶液；

(2)、将混合溶液转入到注射器中，并通过一导管连接到一金属接头上，使用流量控制器控制混合溶液保持流速在0.1-10sccm；

(3)使用平板电极、平行金属板电极或者可转动的滚筒电极作为接收电极，将高压静电器的两极分别连接在金属接头和接收电极上，通过高压静电器提供10kV的高压，开始纺丝，得到含铁盐的有机纳米纤维；

(4)将含铁盐的有机纳米纤维置于管式反应炉中进行氧化、碳化：调控管式反应炉的温度，以1℃/min的升温速度将管式反应炉的温度从室温升至270℃，并于270℃保持2h；再次升温，以5℃/min的升温速度将管式反应炉的温度从270℃升至1000℃，然后自然降温至室温，得到含铁碳纳米纤维；通过本发明的升温方式所得纤维可以经过预氧化充分，便于形成的梯形大分子发生交联.转变为稠环状结构。碳化后所形成的碳纳米纤维没有断裂和交联现象，纤维直径分布较窄，集中200-250nm范围内。

聚丙烯腈在混合溶液中的质量百分数为11％-12％，优选11.7％。

本发明的有益效果是：