[发明专利]一种稀土/碳共掺杂柔性TiO2纳米纤维膜及其制备方法

权利要求书

1.一种稀土/碳共掺杂柔性TiO₂纳米纤维膜的制备方法，其特征是，步骤如下：

(1)配制前驱体溶液，所述前驱体溶液由钛源、稀土金属盐、碳源、非离子表面活性剂和溶剂组成；

(2)进行静电纺丝得到前驱体纤维膜，所述静电纺丝时在纺丝区间施加恒温热场并控制接收装置的温度，所述恒温热场的温度为50～100℃，所述接收装置的温度为-10～0℃；

(3)在空气气氛下煅烧得到稀土/碳共掺杂柔性TiO₂纳米纤维膜。

2.根据权利要求1所述的一种稀土/碳共掺杂柔性TiO₂纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述配制前驱体溶液的具体操作为：将钛源和稀土金属盐溶解在溶剂中搅拌30～150min，然后依次加入碳源和非离子表面活性剂搅拌10～90min混合均匀。

3.根据权利要求1所述的一种稀土/碳共掺杂柔性TiO₂纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述前驱体溶液中钛源、稀土金属盐与溶剂的摩尔比为1:0.001～0.1:10～100，钛源、碳源与非离子表面活性剂的摩尔比为1:0.001～0.1:0.05～0.25。

4.根据权利要求3所述的一种稀土/碳共掺杂柔性TiO₂纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述钛源为异丙醇钛、钛酸四丁酯、四氯化钛、三氯化钛或硫酸氧钛；

所述稀土金属盐为镧盐、铈盐、钆盐、铒盐、镨盐或钕盐；

所述溶剂为乙醇、乙二醇、异丙醇、丙三醇、乙酸或N,N-二甲基甲酰胺；

所述碳源为石墨烯、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、碳量子点、活性炭或炭黑；

所述非离子表面活性剂为聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物、聚氧乙烯聚氧丙烯、丙三醇聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段式共聚物、乙二胺聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段式聚醚或丙二醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚。

5.根据权利要求4所述的一种稀土/碳共掺杂柔性TiO₂纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述镧盐为六水合硝酸镧、乙酸镧或七水合氯化镧，所述铈盐为六水合硝酸铈或七水合氯化铈，所述钆盐为六水合硝酸钆、六水合氯化钆或八水合硫酸钆，所述铒盐为五水合硝酸铒或六水合氯化铒，所述镨盐为六水合硝酸镨或八水合硫酸镨，所述钕盐为六水合硝酸钕或六水合氯化钕。

6.根据权利要求1所述的一种稀土/碳共掺杂柔性TiO₂纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝的参数为：相对湿度20～70％，灌注速度0.1～15mL/h，电压10～60kV，接收装置与喷丝口间的距离20～40cm，所述接收装置为金属滚筒或金属平板。

7.根据权利要求1所述的一种稀土/碳共掺杂柔性TiO₂纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述煅烧的温度从室温逐步升至400～1000℃，升温速率为0.1～10℃/min，并且在最高煅烧温度下保持10～360min。

8.采用如权利要求1～7任一项所述的制备方法制得的稀土/碳共掺杂柔性TiO₂纳米纤维膜，其特征是：稀土/碳共掺杂柔性TiO₂纳米纤维膜的柔软度为10～50mN，稀土/碳共掺杂柔性TiO₂纳米纤维膜的拉伸断裂强度为3～5MPa，可吸收光吸收范围拓展至550～700nm。

9.根据权利要求8所述的稀土/碳共掺杂柔性TiO₂纳米纤维膜，其特征在于，所述稀土/碳共掺杂柔性TiO₂纳米纤维膜中纤维的平均直径为10～400nm，且相对标准偏差为1～5％，内部晶粒尺寸为10～80nm。