[發(fā)明專利]一種含TiO2/WO3異質(zhì)結(jié)納米纖維的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210391675.4
• 申請(qǐng)日: 2012-10-15
• 公開（公告）號(hào): CN102926030A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張青紅;張利;鞏娜娟;王宏志;李耀剛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東華大學(xué)
• 主分類號(hào): D01F9/08
• 分類號(hào): D01F9/08;D01F9/10;D01F11/00;D01D5/00;B01J23/30;B01J35/06
• 代理公司: 上海泰能知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 31233
• 代理人: 黃志達(dá);謝文凱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米纖維的制備領(lǐng)域，特別涉及一種含TiO₂/WO₃異質(zhì)結(jié)納米纖維的制備方法。

背景技術(shù)

近年來，二氧化鈦在光催化降解污染物、光解水制氫氣、太陽能電池等領(lǐng)域得到越來越多的應(yīng)用。二氧化鈦是一種寬帶半導(dǎo)體材料，其禁帶寬度為3.0eV（金紅石相）和3.2eV（銳鈦礦相）。半導(dǎo)體的禁帶寬度E_g越大，則對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的光生電子和空穴的氧化-還原電極電勢(shì)越高，半導(dǎo)體的氧化還原能力則越強(qiáng)，也越更容易與其它物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。然而由于TiO₂禁帶寬度E_g大，這需要更高的能量（紫外光）來激發(fā)，而紫外光僅占太陽光的3~4%，這大大限制了對(duì)太陽光的利用。同時(shí)由于TiO₂在紫外光激發(fā)下產(chǎn)生的電子和空穴在到達(dá)催化劑表面之前極易在內(nèi)部發(fā)生復(fù)合，從而影響了TiO₂的光催化效率。

為了提高TiO₂對(duì)污染物的降解效率以及對(duì)太陽光的利用率，研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)兩種半導(dǎo)體復(fù)合在一起，形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)時(shí)，有利于電子和空穴的分離。例如，當(dāng)把TiO₂與WO₃進(jìn)行復(fù)合時(shí)，TiO₂的導(dǎo)帶比WO₃的導(dǎo)帶更負(fù)，而WO₃的價(jià)帶比TiO₂的價(jià)帶更正，這樣，在紫外光的激發(fā)下，TiO₂的電子就轉(zhuǎn)移到WO₃上，而WO₃的空穴則轉(zhuǎn)移到TiO₂上，從而提高了復(fù)合催化劑的氧化還原能力，提高了催化劑的降解效率。同時(shí)，由于電子從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶所需的能量變低，更低的能量即可激發(fā)，拓寬了TiO₂的光譜響應(yīng)范圍。

和傳統(tǒng)的固相法制備的大顆粒TiO₂相比，納米顆粒的TiO₂催化效率更高。而TiO₂納米纖維由于粒徑小、比表面積大、便于回收等優(yōu)點(diǎn)，相較于其他形貌的納米TiO₂催化劑更具有優(yōu)勢(shì)，同時(shí)，將TiO₂納米纖維與其他半導(dǎo)體進(jìn)行復(fù)合制備出分級(jí)結(jié)構(gòu)的異質(zhì)結(jié)也得到了人們的研究。Xia等人制備了TiO₂納米纖維，并將K_xMnO₂納米片長在TiO₂納米纖維上，這種結(jié)構(gòu)提高了催化劑對(duì)剛果紅水溶液的脫色效率（Y.Q.Dai,X.F.Lu,M.McKiernan,E.P.Lee,Y.M.Sun?and?Y.N.Xia,Hierarchical?nanostructures?of?K-birnessite?nanoplates?on?anatase?nanofibers?and?their?application?for?decoloration?of?dye?solution,J.Mater.Chem.,20(2010)3157）；Kim等人則通過靜電紡絲與水熱相結(jié)合的方法，在TiO₂納米纖維表面長出ZnO棒，提高了催化劑對(duì)甲基紅、羅丹明的降解效率（M.A.Kanjwal,N.A.M.Barakat,F.A.Sheikhand?S.J.Park,H.Y.Kim,Photocatalytic?Activity?of?ZnO-TiO₂Hierarchical?Nanostructure?Prepared?by?Combined?Electrospinning?and?Hydrothermal?Techniques,Macromol.Res.,18(2010)233）；Wang等人將靜電紡制備的TiO₂纖維進(jìn)行水熱處理，在纖維的表面長出NiO、ZnO、SnO₂棒狀結(jié)構(gòu)（M.Shang,W.Z.Wang,W.Z.Yin,J.Ren,S.M.Sun,L.Zhang,General?Strategy?for?a?Large-Scale?Fabric?with?Branched?Nanofiber-Nanorod?Hierarchical?Heterostructure:Controllable?Synthesis?and?Applications,Chem.Eur.J.16(2010)11412）。

發(fā)明內(nèi)容