[发明专利]一种TiO2

说明书

本发明提供了一种TiOsubgt;2/subgt;基/二维材料纳米复合光催化纤维膜及其制备方法，所述方法以二维材料包裹TiOsubgt;2/subgt;基前驱体材料，再通过射流成型技术制备成珠串状或豌豆状纳米复合纤维结构膜。该光催化纤维膜具有光催化活性高、韧性良好、可多次反复使用的优点，可实现在刚性、柔性、曲面基底表面的快速成型以及复杂图案、多功能结器件的制备，并可满足光降解、光催化储能、光探测等能源环境领域和可穿戴衣物等民用领域的应用需求。

技术领域

本发明属于纳米复合材料和光催化器件制备及应用技术领域，特别涉及一种TiO₂基/二维材料纳米复合光催化纤维膜及其制备方法。

背景技术

二氧化钛作为一种宽带隙半导体材料，因其优越的光催化性能、低廉的成本、易制备性、无毒性、高化学稳定性等优点，广泛应用于能源存储、环境保护、生物探测等领域。高压静电射流成型技术制备的TiO₂基纳米纤维膜，将TiO₂基材料的尺寸降低到纳米级尺度，发挥了纳米材料大比表面性和小尺寸效应；同时，基于碳纤维交联织构的网状结构，进一步拓宽了TiO₂基材料的性能和应用范围。相比于纳米纤维，纳米颗粒大的比表面特性可以提供更多的活性点位，而通过钛源、聚合物的选择及高压静电射流成型工艺的改善，便可以获得表面均匀附着TiO₂基材料的纳米纤维膜。然而，受限于成型工艺的局限性，高压静电射流成型工艺制备的纤维膜存在取向性分布的问题，不同方向的强度差异大，单纯依靠工艺的改进不能从根本解决这一问题。如果可以使用一种良好载流子传递性能的材料包裹TiO₂基材料，再通过射流成型技术制备成珠串状或豌豆状纳米复合纤维结构膜，则珠串状或豌豆状结构的存在将显著增加纤维变形乃至断裂时所需要的外力，因而可同时获得良好的韧性和高催化活性。以石墨烯为代表的二维材料除具备优异的载流子迁移率、大的比表面积和良好的导电性和导热性外，其丰富的官能团和良好的亲水特性更加有助于TiO₂的附着并提供更多活性点位，并有利于光生载流子的传递。进一步通过结构的优化，必将可实现在刚性、柔性、曲面基底表面的快速成型以及复杂图案、多功能结器件的制备，满足光降解、光催化储能、光探测等能源环境领域和可穿戴衣物等民用领域的应用需求。因此，开发一种TiO₂基/二维材料纳米复合光催化纤维膜显得尤为重要。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明的目的是提供一种TiO₂基/二维材料纳米复合光催化纤维膜，其以二维材料包裹TiO₂基前驱体材料，再通过射流成型技术制备成珠串状或豌豆状纳米复合纤维结构膜，具有光催化活性高、韧性良好、可多次反复使用的优点，可实现在刚性、柔性、曲面基底表面的快速成型以及复杂图案、多功能结器件的制备，并可满足光降解、光催化储能、光探测等能源环境领域和可穿戴衣物等民用领域的应用需求。具体技术方案如下：

一种TiO₂基/二维材料纳米复合光催化纤维膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)二维材料的表面改性处理，得到表面富官能团的二维材料；

(2)TiO₂基/二维材料前驱体溶液的配制；

(3)采用高压静电射流成型技术在承印基底表面印制TiO₂基/二维材料纳米复合光催化纤维膜；

(4)低温条件下的陈化处理及表面改性；

(5)高温条件下的碳化及功能化处理。

可选的，所述的光催化纤维膜的制备方法中，二维材料的表面改性处理使用改性溶液处理30-150min后清洗、干燥，再使用等离子体或紫外臭氧设备处理10-120min；

所述的改性溶液包括H₂S、NH₃·H₂O、KMnO₄水溶液中的一种或几种。