异质结构纳米纤维的制备及功能化

发布时间：2020-08-28 17:06

　　近年来,异质结构纳米纤维因其结构和性能优势备受学者们的关注,其独特的结构使得材料两相甚至多相组分之间能够保持清晰的界面,充分发挥多组分、多层次的耦合和协同效应,从而使异质结构纳米纤维表现出极为优异的性能。基于异质结构纳米材料的结构和功能的可设计性,本文围绕静电纺丝和热处理方法,以及三种异质结构无机纳米纤维的制备与催化性能等方面展开研究工作,具体研究内容如下:1.采用了静电纺丝和热处理方法,制备了新型ZnO/Fe2O3Janus纳米纤维。系统探讨了纺丝参数和热处理温度对纳米纤维结构形貌的影响。将优化条件下制备的ZnO/Fe2O3 Janus纳米纤维用于水中有机染料的光催化降解,并对其催化机理做出解释。实验结果表明,在钨灯下光照2h后ZnO/Fe2O3 Janus纳米纤维表现出优异的降解效果,对龙胆紫和次甲基蓝染料的降解率超过90%。2.通过静电纺丝法和热处理的方法制成ZnO/NiO Janus纳米纤维,并探讨了热处理的温度对纤维形貌产生的影响。对最优温度下得到的ZnO/NiO Janus纤维进行了一系列光催化降解实验。结果表明该纳米纤维在紫外光和太阳光下对多种有机染料均表现出优异的降解效果和极大的降解速率,特别是在365 nm波长的紫外光照射下40 min时对孔雀石绿染料的降解率高达96%。此外,ZnO/NiO Janus纳米纤维还展现出对50 ppm乙醇的杰出气敏性能。我们从Janus结构的角度对其出色的催化及气敏性能做出了机理解释。3.采用了静电纺丝和热处理法制备异质结构Fe2C/C纳米纤维,并对其形貌、结构和电化学性能采取了一系列表征分析。实验结果表明,这种Fe2C/C纳米纤维催化剂表现出0.85 V的正起始电位和1.7 mA.cm-2的大电流密度,纤维具有出色的催化活性,其稳定性优于商业Pt/C催化剂。
【学位单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ340.64;TB383.1
【部分图文】：

异质,复合纳米材料,壳结构,夹层

逦（Ｐ邋ＭＭ邋Ａ邋ｃｏｐｐｅｒ邋ａｃｅｔａｔｅ邋Ｉ邋＼逡逑Ｃ0ｒ，ｆａ＞？ｒ（ＰＡＮ）邋ａ邋＾逦Ｉｔｒｒｅｒｌａｙｅｒ，ＰＡＮ，邋ｂ逡逑图１－３复合纳米材料的ＴＥＭ图片：（ａ）核－壳结构和（ｂ）核－夹层－壳结构。［２８】逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－３邋ＴＥＭ邋ｉｍａｇｅｓ邋ｏｆ邋ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ邋ｎａｎｏｆｉｂｅｒｓ邋ｗｉｔｈ邋（ａ）邋ｃｏｒｅ－ｓｈｅｌｌ邋ａｎｄ邋（ｂ）邋ｃｏｒｅ－ｉｎｔｅｒｌａｙｅｒ－ｓｈｅｌｌ逡逑ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ．１２＾逡逑４逡逑

复合纳米材料,纳米纤维,壳结构,夹层

逑0逡逑图１－２异质结构纳米材料：异质纳米粒子、异质纳米盘、异质纳米棒、异质纳米环。逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－２邋Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｎａｎｏｍａｔｅｒｉａｌｓ：邋ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ，邋ｎａｎｏｄｉｓｋ，邋ｎａｎｏｒｏｄ邋ａｎｄ邋ｎａｎｏｒｉｎｇ．逡逑除此之外，异质结构纳米纤维也因其远超单组份纳米纤维的优异结构性能，得到逡逑了广泛的关注［２５，２６１。其中，以下两种异质结构纳米纤维在近几年被重点研究报道。逡逑１．１．２．邋１核－壳纳米纤维逡逑核－壳纳米纤维是指由两种或者多种物质通过静电纺丝等方法制得的双层甚至多逡逑层结构的纳米纤维。核－壳纳米纤维的内层和外层具有不同的成分及功能，可以通过改逡逑变纳米纤维的组成成分来控制纳米纤维的性能，因此核－壳结构纳米纤维在组织工程、逡逑催化传感、药物释放等领域中有光明的应用前景。近几年，这种核－壳结构纳米纤维的逡逑优势，也通过各种文献报道获得证实。Ｚｈａｎｇ等人采用静电纺丝和热处理的方法制备逡逑了邋Ｉｎ２０３／Ｓｎ０２核－壳纳米纤维和Ｓｎ０２／Ｉｎ２０３核－壳纳米纤维

示意图,同轴结构,针头,纳米纤维

影响异质结构纳米纤维成型最直接的因素是纺丝针头的形状和结构。通过对针头逡逑形状结构的设计和纺丝物质的选择可以实现不同结构纳米纤维的制备，如核－壳结构、逡逑Ｊａｎｕｓ结构、多芯电缆结构、多通道结构等等。图１－４展示了邋Ｊａｎｕｓ结构纳米纤维静电逡逑纺丝过程的示意图，并直观的展示了纺丝针头的特殊结构和制备出的纳米纤维的Ｊａｎｕｓ逡逑结构。图１－５展示了双层同轴结构和三层同轴结构针头示意图，用这两种针头可以制逡逑备核－壳纳米纤维、核－夹层－壳结构纳米纤维以及皮芯结构纳米纤维。逡逑６逡逑

【参考文献】