[发明专利]一种柔性有序介孔TiO2

说明书

本发明涉及一种柔性有序介孔TiO₂纳米纤维膜及其制备方法，制备步骤如下：首先，配制前驱体溶液，前驱体溶液由钛源、热稳定剂、偶联剂、非离子表面活性剂和溶剂组成；再进行静电纺丝得到前驱体纤维膜，静电纺丝时在纺丝区间施加40～90℃的恒温热场并控制接收装置的温度为‑10～0℃；最后在空气气氛下煅烧得到柔性有序介孔TiO₂纳米纤维膜。最终产品中催化活性位点能实现均匀分散，有效解决了现有技术中纤维类TiO₂光催化材料存在的介孔孔径偏小、分布不均、有序介孔制备工艺复杂、比表面积小、TiO₂含量低及脆性大等问题，并有效提升材料的光催化活性，制备的TiO₂纳米纤维膜在光催化领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于新材料领域，涉及一种柔性有序介孔TiO₂纳米纤维膜的制备方法。

背景技术

光催化技术作为一种环保型环境催化净化技术，在环境治理领域具有广阔应用前景。在众多光催化材料中，二氧化钛因具有化学性质稳定、储量丰富等优势，成为研究热点。科研人员已通过多种途径如金属元素掺杂、非金属元素掺杂、贵金属沉积、p-n结构建等方法来提高二氧化钛的光催化性能。近年来，介孔材料因具有高比表面积和多孔结构，在化学、环境科学、光电子学、电磁学、材料学和分离科学等领域表现出巨大应用潜力，其中介孔二氧化钛材料高比表面积使其具有更多的反应活性位点，因此具有更好的光催化活性，该类材料逐渐受到研究者的青睐。此外，二氧化钛纳米纤维材料相较于纳米颗粒等具有纤维连续性好，光电传输率高的优点，利于光催化性能提升和实际应用，因此介孔二氧化钛纤维材料的开发具有重要意义。静电纺纳米纤维由于具有纤维直径小、孔径小、孔隙率高、结构可调性强等特点，成为制备介孔二氧化钛纳米纤维材料的一种重要技术。

专利CN201510378201.X公开了一种TiO₂中空全介孔纳米纤维，该专利中制备静电纺TiO₂纳米纤维时加入了石蜡油和发泡剂，导致煅烧过程中TiO₂纤维孔结构难以调控而呈无序状态。

Journal of Colloid and Interface Science 367(2012)429-435报道了利用静电纺丝技术制备锐钛矿型介孔TiO₂纳米纤维，Journal of Materials Chemistry A 1(2013) 5847-5853报道了利用静电纺丝技术制备介孔TiO₂-ZrO₂纳米纤维，这些方法在制备过程中虽然加入表面活性剂有利于孔结构的调控，但孔径尺寸偏小，且前驱体纤维中没有产生有序的自组装结构，导致煅烧后的TiO₂纤维孔结构呈无序状态，限制了光催化性能的提升。

Journal of Materials Chemistry A 2(2014)19029-19035报道了利用静电纺丝技术制备有序介孔的TiO₂纳米纤维，Advanced Materials Interfaces 3(2016) 1600761报道了利用静电纺丝技术制备有序介孔的TiO₂-rGO复合纳米纤维，虽然制得的TiO₂纳米纤维具有有序介孔结构，但是制备过程中需要长时间的老化，前驱体溶液中钛盐比例偏低，导致最终TiO₂纳米纤维所占比例很低，同时纤维直径均匀性差、连续性低、单纤维缺陷等问题使得纤维易脆裂、柔性较差。

因此，开发一种工艺简单、成本低廉、TiO₂含量高、柔性较好、孔径分布较窄、比表面积大并能实现纤维介孔结构有序排列的柔性有序介孔TiO₂纳米纤维膜及其制备方法极具现实意义。

发明内容