靜電紡絲法制備TiO2/ZnO復(fù)合納米纖維

李曉梅，王可欣，袁 玫

(東北師范大學(xué)，吉林長春 130024)

納米材料在當(dāng)今的信息時(shí)代正占據(jù)主導(dǎo)地位，并發(fā)揮革命性的作用。電紡技術(shù)具有設(shè)備簡單、操作容易、可制備材料種類繁多及工藝可控等優(yōu)點(diǎn)，目前已成為制備一維功能納米纖維材料的有效方法［1-2］。并且由此得到的一維功能納米纖維材料具有高的比表面積、催化效果好、回收率高等優(yōu)點(diǎn)。納米結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體金屬氧化物在紫外光照射下可以有效的降解多種有機(jī)污染物。TiO2作為一種良好的光催化劑具有無毒、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，然而，由于光生電子與空穴的復(fù)合速度過快所導(dǎo)致的低量子效率，使其在實(shí)際應(yīng)用中受到很大限制［3-4］。研究發(fā)現(xiàn)，TiO2與半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)合由于其拓寬的光響應(yīng)范圍和增強(qiáng)的光生電子與空穴分離效率，可以明顯的增強(qiáng)光催化活性。因此主要工作就是將能帶結(jié)構(gòu)相似的TiO2與ZnO進(jìn)行復(fù)合，利用靜電紡絲的方法制備TiO2與ZnO的復(fù)合納米纖維。

1 試驗(yàn)方法

1.1 前驅(qū)體溶液的配置

(1)TiO2∶ZnO=1∶1

向清潔的錐形瓶中加入4 mL乙醇、8 mL N-N二甲基甲酰胺、1.7 mL鈦酸丁酯、1.1 g乙酸鋅、0.7 g高分子聚乙烯吡咯烷酮(Mn=900 000)，在室溫下利用磁力攪拌器攪拌均勻。

(2)TiO2∶ZnO=3∶2

向清潔的錐形瓶中加入5 mL乙醇、10 mL N-N二甲基甲酰胺、2.04 mL鈦酸丁酯、0.87 g乙酸鋅、1.6 g高分子聚乙烯吡咯烷酮(Mn=900000)，在室溫下利用磁力攪拌器攪拌均勻。

(3)TiO2∶ZnO=2∶3

向清潔的錐形瓶中加入4 mL乙醇、8 mL N-N二甲基甲酰胺、1.36 mL鈦酸丁酯、1.31 g乙酸鋅、1.5 g高分子聚乙烯吡咯烷酮(Mn=900000)，在室溫下利用磁力攪拌器攪拌均勻。

1.2 靜電紡絲

利用靜電紡絲技術(shù)，取適量的TiO2/ZnO前驅(qū)體溶液于注射器中，并將金屬電極探入前端針頭內(nèi)，調(diào)節(jié)注射器傾斜角大約與水平面成45°，紡絲電壓為10 kV，接收距離為10 cm。一段時(shí)間后，在收集板上可獲得致密的復(fù)合納米纖維。

1.3 煅燒

將所得樣品放入馬弗爐內(nèi)，控制爐子以25℃/h升溫至300℃，然后以20 min升10℃升至520℃，在此溫度下保溫2 h。

1.4 表征

(1)利用掃描電鏡對所得樣品形貌進(jìn)行表征。

由此可見，所得的不同比例的納米纖維中其比例對其形貌影響很大，當(dāng)其二者以1∶1混合時(shí)可以得到粗細(xì)均勻的納米纖維，以3∶2混合時(shí)粗細(xì)不均，以2∶3混合時(shí)粗細(xì)不均且有較大的差異;就其光滑程度而言，由圖1可見，當(dāng)比例為1∶1時(shí)最為光滑。

圖1 樣品的掃描電鏡圖

(2)對樣品進(jìn)行XRD測量

圖2 樣品的XRD圖

如圖2所示，自下往上依次為ZnO、TiO2、比例分別為1∶1、3∶2、2∶3的TiO2/ZnO復(fù)合米纖維。仔細(xì)對照下面的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對照上面的可以發(fā)現(xiàn)，ZnO、TiO2的特征峰在上面氧化物中還是存在的，不過可能由于在馬弗爐里煅燒時(shí)還殘留了一部分的碳，導(dǎo)致有些圖像的有些地方的衍射峰不能顯現(xiàn)出來。由此可以說明，所得的復(fù)合納米纖維材料確實(shí)是由TiO2/ZnO復(fù)合而成的。且比例為1∶1為最佳比例。

為探究煅燒溫度對材料形成的影響，將所得到的材料在800℃的高溫下進(jìn)行退火，并測其XRD。結(jié)果見圖3。

圖3 樣品的XRD圖

如圖3所示，對TiO2∶ZnO=1∶1的樣品進(jìn)行不同時(shí)長的高溫退火，特征峰不會有偏移等現(xiàn)象，只是將樣品中殘留的碳元素除凈［5］。

2 結(jié) 論

成功制備了不同比例的TiO2/ZnO復(fù)合納米材料，并且就其外觀形貌與光滑度而言當(dāng)其比例為1∶1時(shí)為最佳，此種復(fù)合納米纖維可能具有良好的光催化等性能有待進(jìn)一步研究。

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