[发明专利]一种制备爆裂纳米纤维管的方法

说明书

本发明涉及一种制备爆裂纳米纤维管的方法，所述爆裂的纳米纤维管是在制备中空纳米纤维管的过程中加入助燃剂使中空纳米管爆裂从而得到爆裂的纳米纤维管。首先将聚合物、有机溶剂和助燃剂混合得到纺丝溶液，然后在一定条件下，通过静电纺丝技术制备出复合纳米纤维，烘干后浸泡到前驱体溶液中，待完全渗透，将复合纳米纤维取出并烘干，最后进行煅烧来获得爆裂纳米纤维管。本发明的技术路线简单，易于操作，能够较为简便的控制制备过程，并且原料的成本低廉，来源广泛，适宜进行大规模的生产。这种爆裂纳米纤维管具有一维和二维纳米纤维的性质，由于其比表面积大、孔隙率高、活性位点多。

技术领域

本发明属于纳米材料的制备和应用领域，特别涉及一种制备爆裂的纳米纤维管的方法。

背景技术

近年来，一维氧化物纳米材料(如纳米线、纳米棒和纳米管等)由于它们具有优异的电学、光学、磁学以及机械性能，在催化、光电器件、复合增强材料等诸多领域存在巨大的应用前景。更因其较小的直径和较大的长径比而表现出很多独特的性能而受到了研究人员越来越多的关注，在这些一维结构中，管状结构因为具有特殊的中空结构和较大的比表面积而引起研究人员的极大兴趣，人们先后使用水热法、硬膜板法和静电纺丝法合成出了多种氧化物纳米材料。

在以上几种制备纳米管的方法中，静电纺丝工艺无疑具有明显优势。作为一种简便而万能的制备一维微纳米结构的方法，静电纺丝技术所需的设备、原料简单，制备条件容易获得、过程易于控制，能够进行大规模的工业化生产。另外，通过该方法得到的一维纳米材料具有较大的长径比和比表面积，且经过后续煅烧的样品一般呈现多孔特性。最为重要的是，由于静电纺丝采用的是前驱体溶液，因此容易实现均匀复合材料的制备。目前，人们已经利用静电纺丝工艺制备了包括纳米管在内的多种氧化物纤维。比如，Cheng等人通过煅烧静电纺丝制备的PVP/Fe(NO₃)₃的复合纤维，得到了Fe₂O₃纳米管；Xiang等人同样利用该技术合成了CuO中空纤维，并在此基础上通过氢气还原工艺进一步获得了多孔的中空Cu纤维。然而，利用静电纺丝技术制备具有爆裂结构的纳米纤维管的文献至今没有报道。

爆裂的纳米纤维管，由于可以提供加大的比表面积、更多的活性位点以及更高的孔隙率，因此有助于提高其光催化，分离、传感等性能。本发明提出了一种制备爆裂纳米纤维管的方法。以聚合物、有机溶剂和助燃剂制备的均一的纺丝溶液，通过静电纺丝技术制备出复合纤维后烘干，然后浸泡到前驱体溶液中，完全渗透后，将复合纤维取出并烘干，最后进行煅烧来获得爆裂纳米纤维管。该爆裂的纳米纤维管在催化、分离、传感等领域具有应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备爆裂的纳米纤维管的方法，来改善传统纳米纤维管比表面积小、活性位点少和孔隙率低的缺点。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种制备爆裂纳米纤维管的方法，具体步骤为：

(1)称取10.00％～25.00％的聚合物和0.01％～0.50％的助燃剂，加入到74.50％～89.99％的有机溶剂中，在40℃～60℃的温度下用磁力搅拌器以200rpm的转速搅拌3～5小时，得到均匀透明且粘稠的纺丝溶液后，静置1小时；

(2)将步骤(1)制备的纺丝溶液进行静电纺丝，得到含有助燃剂的复合纳米纤维，置于60℃的鼓风干燥箱中烘干备用；

(3)将步骤(2)制得的复合纳米纤维浸泡在前驱体溶液中10～60分钟，完全浸透后取出置于60℃的鼓风干燥箱中烘干；

(4)将步骤(3)中烘干的复合纳米纤维进行煅烧，以3～7℃/min的速率升温至500℃～600℃，将500℃～600℃的温度保持30～60分钟后自然降温，降温至室温后即可得到爆裂纳米纤维管。

步骤(1)所述的聚合物选自聚丙烯腈、尼龙或聚苯乙烯所组成的组中的至少一种。