一种钛酸锶/二氧化钛复合纳米纤维及其制备方法技术

技术编号:15684139 阅读:230 留言:0更新日期:2017-06-23 16:06
本发明专利技术采用一步静电纺丝法制备出100‑200nm的钛酸锶/二氧化钛(金红石相)复合纳米纤维材料,方法简便,可操作性强。所得纤维尺寸可控、分布均一且连续性好。本发明专利技术所制备的SrTiO

【技术实现步骤摘要】
一种钛酸锶/二氧化钛复合纳米纤维及其制备方法
本专利技术属于新型功能材料领域,尤其涉及一种SrTiO3/TiO2复合纳米纤维及其制备方法。
技术介绍
现代工业的快速发展,含有有毒、致癌污染物废水的大量排放,严重威胁着人类的健康。高级氧化法包括电化学氧化法、Fenton氧化法、臭氧氧化法、光催化氧化法等方法对水中高稳定性、高毒性有机污染物的去除尤为有效,已经逐渐成为国内外高校及科研机构研究的方向之一。光催化氧化法是高级氧化技术中的一种,它是指通过照射半导体光催化剂,使其价带上的电子受到激发后跃迁到导带,并分别在价带和导带上形成光生空穴和电子,在水中产生氧化能力极强的羟基自由基,从而将污染物氧化降解。以取之不尽、用之不竭的太阳能为动力发展起来的光催化技术在污染治理
和能源开发方面的研究非常活跃。许多用其他方法难以去除的有机污染物,如氯仿、邻苯二甲酸酯、多氯联苯等都可以利用该技术去除,并且去除率可达100%。因此,作为光催化技术的核心部分高活性的光催化剂的研发,自然而然的成为很多科研人员研究的热点之一。众所周知,TiO2作为光催化剂具有高催化活性、较强的光稳定性以及无毒等优点。但是针对如何提高改性TiO2尤其金红石相TiO2作为光催化剂的光催化活性方面,有文献报道金红石相的TiO2与CuS复合起来形成具有异质结作光催化剂,可以在一定程度上弥补单一半导体材料的不足,提高光催化活性;然而,仍不能满足光催化活性需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于,针对现有技术的不足,提供一种钛酸锶/二氧化钛复合纳米纤维及其制备方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的:一种SrTiO3/TiO2复合纳米纤维,所述复合纳米纤维直径为180~220nm,长径比为80~100,,由金红石相的TiO2单晶和SrTiO3单晶组成,SrTiO3单晶与TiO2单晶形成异质结。一种钛酸锶/二氧化钛复合纳米纤维的制备方法,包括以下步骤:(1)将2.2g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)分散到8mlN,N-二甲基甲酰胺(DMF)和2ml冰醋酸组成的混合溶液中,分散均匀后,获得均一稳定的透明溶液;加入2g钛酸四丁酯,分散均匀后,加入15.9mg乙酸锶,分散均匀,形成均一稳定的纺丝液。(2)利用步骤1制备的纺丝液进行纺丝,并通过铝箔滚筒接收器接收,获得纤维前驱体;其中,喷头口径为0.5mm,流速为0.6ml/h。纺丝电压为15kV,针头和接地的铝箔滚筒接收器之间距离15cm,静电纺丝过程中的环境湿度为40%以下;(3)将纤维前驱体先经过80℃干燥6h,然后再以5℃/min升温速率升至700℃,保持此温度烧结2h,获得SrTiO3/TiO2复合纳米纤维。本专利技术的有益效果在于:本专利技术通过一步法实现了SrTiO3与金红石相TiO2之间异质结的构建,提高金红石相TiO2光催化活性,太阳光利用率有效提高,在光催化反应过程中光生电子-空穴的寿命长。另一方面,通过700℃烧结,纤维长径比达到80~100,大大地拓宽了光催化材料在各个领域中的应用。附图说明图1为实施例1产物的XRD图;图2为ST-3复合纤维的高分辨透射图(a.b)以及扫描电镜图(c);图3为甲基橙染料的降解效果图;图4为实施例1产物的光吸收效果图;图5为ST-3复合纤维的重复性实验结果图。具体实施方式一种钛酸锶/二氧化钛复合纳米纤维的制备方法,包括以下步骤:(1)将2.2g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)分散到8mlN,N-二甲基甲酰胺(DMF)和2ml冰醋酸组成的混合溶液中,分散均匀后,获得均一稳定的透明溶液;加入2g钛酸四丁酯,分散均匀后,加入乙酸锶(5.3mg-ST1,15.9mg-ST3,26.5mg-ST5,53mg-ST10),分散均匀,形成均一稳定的纺丝液。(2)利用步骤1制备的纺丝液进行纺丝,并通过铝箔滚筒接收器接收,获得纤维前驱体;其中,喷头口径为0.5mm,流速为0.6ml/h。纺丝电压为15kV,针头和接地的铝箔滚筒接收器之间距离15cm,静电纺丝过程中的环境湿度为40%以下;(3)将纤维前驱体先经过80℃干燥6h,然后再以5℃/min升温速率升至700℃,保持此温度烧结2h,获得SrTiO3/TiO2复合纳米纤维。不同加入量乙酸锶所得到的产物的XRD如图1所示,从图中可以看出,合成的产物中均包含金红石相的TiO2和SrTiO3;图2为ST-3复合纤维的高分辨透射图,从图2中a可以看出,复合纤维由金红石相的TiO2单晶和SrTiO3单晶组成,从图2中b可以看出,两种晶体的晶格条纹间距分别为0.324和0.275nm,SrTiO3单晶与TiO2单晶形成异质结。因此,相比于现有的二步法掺杂的方式,本专利技术构建的复合纤维的异质结不仅仅存在于纤维表面,而是布满整根纤维,极有利于光生电子-空穴对的分离。从图2中c可以看出,合成的复合纤维直径为180~220nm,长径比为80~100。采用甲基橙染料对本实施例的产物ST-1,ST-3,ST-5,ST-10,以及单纯的金红石相的TiO2和SrTiO3进行催化性能检测,检测结果如图3所示,照射40分钟后,ST-1,ST-3,ST-5,ST-10,以及单纯的金红石相的TiO2和SrTiO3的降解率分别为62%,93%,79%,43%,47%,44%;根据试验结果,利用SrTiO3修饰金红石相TiO2得到的复合纳米纤维光催化剂的活性明显高于单一金红石型TiO2纳米纤维和单一的SrTiO3纳米纤维,这主要是归因于在复合光催化材料存在着异质结起的作用,因为异质结有利于光生电子空穴对的分离。同时我们也可以看到随着SrTiO3浓度的增加,光催化活性呈现的是先升高后下降的趋势,这表明,钛酸锶的加入量当达到某一适当量时,光催化剂才会具有最高的催化活性。当只有少量的钛酸锶加入时,形成的异质结构效果不明显,因此光催化活性提高的不多;当钛酸锶加入量过多时,会导致过量的SrTiO3覆盖在TiO2表面,使的TiO2的活性位点大量的减少,最终导致降低了其光催化活性。进一步的,由图4可知,SrTiO3修饰金红石相TiO2后得到的系列样品对光吸收的变化很小,这意味着本专利技术不是基于现有的技术手段(扩展吸收光的范围)来提高光催化活性,而是通过构建大量SrTiO3-金红石相TiO2纳米异质结来实现。图5为ST-3复合纤维的重复性实验结果图,从图中可以看出,在5次重复利用后,ST-3复合纤维的降解能力基本不变。本文档来自技高网...
一种钛酸锶/二氧化钛复合纳米纤维及其制备方法

【技术保护点】
一种钛酸锶/二氧化钛复合纳米纤维,其特征在于,所述复合纳米纤维直径为180~220nm,长径比为80~100,由金红石相的TiO

【技术特征摘要】
1.一种钛酸锶/二氧化钛复合纳米纤维,其特征在于,所述复合纳米纤维直径为180~220nm,长径比为80~100,由金红石相的TiO2单晶和SrTiO3单晶组成,SrTiO3单晶与TiO2单晶形成异质结。2.一种权利要求1所述SrTiO3/TiO2复合纳米纤维的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)将2.2g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)分散到8mlN,N-二甲基甲酰胺(DMF)和2ml冰醋酸组成的混合溶液中,分散均匀后,获得均一稳定的透明溶液;加入2g钛酸四丁...

【专利技术属性】
技术研发人员:赵伟杰张晶李超荣潘佳奇牛剑涛裘剑锋
申请(专利权)人:台州职业技术学院
类型:发明
国别省市:浙江,33

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