[發明專利]一種TiO2

有效

• 申請號: 201811455032.5
• 申請日: 2018-11-30
• 公開（公告）號: CN109589996B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 李雙壽;張琦;陳星;湯彬;姚啟明;王健美;趙洋強;白旭明
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B01J27/057
• 分類號: B01J27/057;B01J35/06;B01J37/34
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

本發明提供了一種TiOsubgt;2/subgt;基/二維材料納米復合光催化纖維膜及其制備方法，所述方法以二維材料包裹TiOsubgt;2/subgt;基前驅體材料，再通過射流成型技術制備成珠串狀或豌豆狀納米復合纖維結構膜。該光催化纖維膜具有光催化活性高、韌性良好、可多次反復使用的優點，可實現在剛性、柔性、曲面基底表面的快速成型以及復雜圖案、多功能結器件的制備，并可滿足光降解、光催化儲能、光探測等能源環境領域和可穿戴衣物等民用領域的應用需求。

技術領域

本發明屬于納米復合材料和光催化器件制備及應用技術領域，特別涉及一種TiO₂基/二維材料納米復合光催化纖維膜及其制備方法。

背景技術

二氧化鈦作為一種寬帶隙半導體材料，因其優越的光催化性能、低廉的成本、易制備性、無毒性、高化學穩定性等優點，廣泛應用于能源存儲、環境保護、生物探測等領域。高壓靜電射流成型技術制備的TiO₂基納米纖維膜，將TiO₂基材料的尺寸降低到納米級尺度，發揮了納米材料大比表面性和小尺寸效應；同時，基于碳纖維交聯織構的網狀結構，進一步拓寬了TiO₂基材料的性能和應用范圍。相比于納米纖維，納米顆粒大的比表面特性可以提供更多的活性點位，而通過鈦源、聚合物的選擇及高壓靜電射流成型工藝的改善，便可以獲得表面均勻附著TiO₂基材料的納米纖維膜。然而，受限于成型工藝的局限性，高壓靜電射流成型工藝制備的纖維膜存在取向性分布的問題，不同方向的強度差異大，單純依靠工藝的改進不能從根本解決這一問題。如果可以使用一種良好載流子傳遞性能的材料包裹TiO₂基材料，再通過射流成型技術制備成珠串狀或豌豆狀納米復合纖維結構膜，則珠串狀或豌豆狀結構的存在將顯著增加纖維變形乃至斷裂時所需要的外力，因而可同時獲得良好的韌性和高催化活性。以石墨烯為代表的二維材料除具備優異的載流子遷移率、大的比表面積和良好的導電性和導熱性外，其豐富的官能團和良好的親水特性更加有助于TiO₂的附著并提供更多活性點位，并有利于光生載流子的傳遞。進一步通過結構的優化，必將可實現在剛性、柔性、曲面基底表面的快速成型以及復雜圖案、多功能結器件的制備，滿足光降解、光催化儲能、光探測等能源環境領域和可穿戴衣物等民用領域的應用需求。因此，開發一種TiO₂基/二維材料納米復合光催化纖維膜顯得尤為重要。

發明內容

基于背景技術存在的技術問題，本發明的目的是提供一種TiO₂基/二維材料納米復合光催化纖維膜，其以二維材料包裹TiO₂基前驅體材料，再通過射流成型技術制備成珠串狀或豌豆狀納米復合纖維結構膜，具有光催化活性高、韌性良好、可多次反復使用的優點，可實現在剛性、柔性、曲面基底表面的快速成型以及復雜圖案、多功能結器件的制備，并可滿足光降解、光催化儲能、光探測等能源環境領域和可穿戴衣物等民用領域的應用需求。具體技術方案如下：

一種TiO₂基/二維材料納米復合光催化纖維膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)二維材料的表面改性處理，得到表面富官能團的二維材料；

(2)TiO₂基/二維材料前驅體溶液的配制；

(3)采用高壓靜電射流成型技術在承印基底表面印制TiO₂基/二維材料納米復合光催化纖維膜；

(4)低溫條件下的陳化處理及表面改性；

(5)高溫條件下的碳化及功能化處理。

可選的，所述的光催化纖維膜的制備方法中，二維材料的表面改性處理使用改性溶液處理30-150min后清洗、干燥，再使用等離子體或紫外臭氧設備處理10-120min；

所述的改性溶液包括H₂S、NH₃·H₂O、KMnO₄水溶液中的一種或幾種。