核壳结构氧化钛纳米片/碳化硅纳米纤维及制备方法技术

本发明专利技术提供一种核壳结构氧化钛纳米片/碳化硅纳米纤维及制备方法，核壳结构氧化钛纳米片/碳化硅纳米纤维按照以下方法制成：(1)在二乙烯三胺的异丙醇溶液中，加入适量钛酸丁酯，得含钛水热反应液；(2)将碳化硅纳米纤维加入到含钛水热反应液中，密封，置于160～240℃下，保温16～36小时，冷却至室温，得未退火的氧化钛纳米片/碳化硅纳米纤维；(3)清洗，干燥，升温至300～800℃，保温1～5小时，冷却至室温，得核壳结构氧化钛纳米片/碳化硅纳米纤维。本发明专利技术方法所得氧化钛纳米片/碳化硅纳米纤维具有核壳型分级结构，比表面积大，TiO

Core-shell structure titanium oxide nano plate / silicon carbide nanofiber and preparation method thereof

The invention provides a core-shell structure of titania nanosheets / SiC nano fiber and preparation method of core-shell structure of titania nanosheets / SiC nanofibers made in accordance with the following methods: (1) in two isopropanol solution three ethylene amine, adding tetrabutyl titanate, hydrothermal reaction solution containing titanium; (2) will SiC nano fiber into titanium containing hydrothermal reaction solution, sealed, placed at 160 to 240 DEG C, holding for 16 ~ 36 hours, cooled to room temperature, without annealing of titania nanosheets / SiC nanofibers; (3) cleaning, drying, heating to 300 to 800 DEG C, holding 1 to 5 hours, cooled to room temperature and have a core-shell structure of titania nanosheets / SiC nanofibers. The titanium oxide nano plate / silicon carbide nanometer fiber has a core shell type grading structure with large specific surface area and TiO

【技术实现步骤摘要】
核壳结构氧化钛纳米片/碳化硅纳米纤维及制备方法
本专利技术涉及纳米纤维
，具体的涉及一种核壳结构氧化钛纳米片/碳化硅纳米纤维及制备方法。
技术介绍
碳化硅(SiC)作为一种宽带隙半导体，具有高击穿电场、高临界场强、高热导率、良好的机械性能、耐高温、抗辐射和耐腐蚀以及高载流子迁移速率等特性，它还与传统微机电系统(MEMS)具有良好的兼容性，最高使用温度可达到1000℃，是一种理想的半导体功能材料。TiO2是一种重要的n型半导体材料，具有成本低廉、无毒、自清洁作用、相对阻抗变化大和环境友好等优异的理化性质。特别是在800℃以上高温条件下，仍可以保持其微观形态和化学结构不改变，在气敏传感、光催化和太阳能电池等领域具有广泛的应用前景。但纯的纳米TiO2在应用过程中存在分散性差，容易团聚的问题，只有部分TiO2的活性位点可以得以应用，大大降低了纳米TiO2的性能。具有三维核壳结构的TiO2可以将活性位点完全暴露在晶体表面，使反应物与TiO2能充分快速地接触，提高反应速率，因而可大大提高TiO2的性能。将活性TiO2纳米片负载于SiC纳米纤维上，不仅可以有效防止纳米TiO2的团聚，使纳米TiO2得以有效分散，同时TiO2和SiC还可以形成异质结，发挥异质结的协同作用，提高纤维的性能。近年来，关于TiO2/SiC复合物的研究也日益增多，但报道的TiO2多为颗粒形态，所使用的SiC也主要是SiC颗粒或泡沫陶瓷，例如，Kouamé等(KouaméAN,MassonR,RobertD,etal.β-SiCfoamsasapromisingstructuredphotocatalyticsupportforwaterandairdetoxification[J].CatalysisToday,2013,209:13～20.)将SiC泡沫陶瓷浸渍于TiO2的前驱体溶胶中，经过凝胶和450℃空气热处理得到包覆TiO2纳米薄膜的SiC泡沫陶瓷，所得TiO2/SiC复合陶瓷可以光催化降解水体中的剧毒性的敌草隆农药；Yamashita等(YamashitaH,NishidaY,YuanS,etal.DesignofTiO2-SiCphotocatalystusingTiC-SiCnanoparticlesfordegradationof2-propanoldilutedinwater[J].CatalysisToday,2007,120(2):163～167.)先通过碳热还原TiO2/SiO2颗粒得到TiC/SiC，然后在空气中热处理得到颗粒状TiO2/SiC异质结催化剂，该催化剂在催化降解2-丙醇时表现出高的催化剂活性；Hao等(HaoD,YangZ,JiangC,etal.PhotocatalyticeffectofTiO2coatingsandp-typesemiconductiveSiCfoamsupportsfordegradationoforganiccontaminant[J].AppliedCatalysisB:Environmental,2014,144(1):196～202.)采用溶胶-凝胶法制备了多孔TiO2/SiC泡沫陶瓷，对4-氨基苯磺酸的降解效率可达到100％。但他们所得到的TiO2颗粒和SiC基片的比表面积较小，且TiO2与SiC之间不具有三维核壳结构，暴露的活性位点少，性能有待进一步提高。现有用于制备TiO2纳米片是有文献报道的，但别人要么是长在碳纳米管上，要么是纯的TiO2，无法使TiO2纳米片在SiC纳米纤维上生长。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种核壳结构氧化钛纳米片/碳化硅纳米纤维及制备方法，该专利技术解决了现有技术中所制备得到的氧化钛纳米片/碳化硅纳米纤维核壳结构较少，或无法制备得到氧化钛纳米片/碳化硅纳米纤维的技术问题。专利技术提供一种核壳结构氧化钛纳米片/碳化硅纳米纤维及制备方法，包括以下步骤：将具有多孔结构的碳化硅纳米纤维按照碳化硅纳米纤维与钛酸丁酯的质量比为1:60～600加入含钛水热反应液中进行水热合成反应，之后经过退火处理得到核壳结构氧化钛纳米片/碳化硅纳米纤维；含钛水热反应液由体积分数0.5～2‰的二乙烯三胺的异丙醇溶液与钛酸丁酯，按二乙烯三胺的异丙醇溶液与钛酸丁酯的体积比为1～10％混合而成；水热合成反应：将碳化硅纳米纤维加入到含钛水热反应液中后密封，在160～240℃下，保温16～36小时，然后冷却至室温，得到未退火处理的氧化钛纳米片/碳化硅纳米纤维进一步地，二乙烯三胺的异丙醇溶液的体积分数为0.6～1.2‰。进一步地，退火处理包括以下步骤：清洗未退火处理的氧化钛纳米片/碳化硅纳米纤维≥3次，然后干燥，升温至300～800℃，保温1～5小时，冷却至室温，得到核壳结构氧化钛纳米片/碳化硅纳米纤维。进一步地，制备含钛水热反应液时搅拌2～10分钟。进一步地，清洗包括先用去离子水-乙醇混合液清洗，再用去离子水清洗；去离子水-乙醇混合液为去离子水和乙醇按体积比为1～5:1混合而成。进一步地，碳化硅纳米纤维按以下步骤制得：1)配制纺丝溶液：将纳米碳纤维前驱体聚合物溶解于溶剂中配制成均相纺丝溶液，纳米碳纤维前驱体聚合物在均相纺丝溶液中的浓度为5～50wt％；2)静电纺丝：对均相纺丝溶液进行静电纺丝，得到聚合物纳米纤维；静电纺丝的工艺参数：所用喷头为内径0.5～1.5mm的金属针头，纺丝电压12～30kV，接收距离15～25cm，供料速率5～30μL/分钟，纺丝温度为10～60℃，空气相对湿度为20～80RH％；3)预氧化交联：将聚合物纳米纤维置于氧化炉中，以0.1～10℃/分钟的升温速率升温至200～300℃，保温0.5～5小时，进行预氧化交联，冷却至室温后得到不熔化纳米纤维；4)高温烧成：将不熔化纳米纤维在惰性气氛保护下，以1～10℃/分钟的升温速率升温到600～2500℃，保温0.5～3小时，热解，得到纳米碳纤维；5)碳热还原：将纳米碳纤维与硅粉混合后放入刚玉坩埚中，在流量为0.1～1.0L/分钟的惰性气氛保护下，以3～10℃/分钟的升温速率加热至1250～1600℃，保温1～10小时，进行碳热还原反应，得到碳化硅纳米纤维；硅粉与纳米碳纤维按摩尔比大于1:1混合。进一步地，纳米碳纤维前驱体聚合物为聚丙烯腈、酚醛树脂或沥青；步骤1)中，溶剂为二甲基甲酰胺或二甲基亚砜；步骤4)中，惰性气氛为纯度≥99.999％的高纯氩气或高纯氮气。进一步地，钛酸丁酯的质量分数为1wt％～10wt％。本专利技术的另一方面还提供了一种核壳结构氧化钛纳米片/碳化硅纳米纤维，按如上述的核壳结构氧化钛纳米片/碳化硅纳米纤维制备方法得到。本专利技术的技术效果：本专利技术提供核壳结构氧化钛纳米片/碳化硅纳米纤维制备方法，以多孔纳米碳化硅纤维和钛酸丁酯为原料，在二乙烯三胺和异丙醇的共同作用下，钛氧化物优先在碳化硅纳米纤维表面形核并逐渐异向生长，形成纳米片形状，并在之后的烧结过程中钛氧化物逐渐结晶化，形成氧化钛纳米片通过水热合成反应制备出具有核壳结构的TiO2纳米片/SiC纳米纤维。本专利技术提供核壳结构氧化钛纳米片/碳化硅纳米纤维制备方法，工艺过程简单，条件温和，便于实现规模化生产。本专利技术提供核壳结构氧化钛纳米片/碳化硅纳米本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种核壳结构氧化钛纳米片/碳化硅纳米纤维制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将具有多孔结构的碳化硅纳米纤维按照碳化硅纳米纤维与钛酸丁酯的质量比为1:60～600加入含钛水热反应液中进行水热合成反应，之后经过退火处理得到所述核壳结构氧化钛纳米片/碳化硅纳米纤维；所述含钛水热反应液由体积分数0.5～2‰的二乙烯三胺的异丙醇溶液与钛酸丁酯，按所述二乙烯三胺的异丙醇溶液与所述钛酸丁酯的体积比为1～10％混合而成；所述水热合成反应：将所述碳化硅纳米纤维加入到所述含钛水热反应液中后密封，在160～240℃下，保温16～36小时，然后冷却至室温，得到未退火处理的氧化钛纳米片/碳化硅纳米纤维。

【技术特征摘要】
1.一种核壳结构氧化钛纳米片/碳化硅纳米纤维制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将具有多孔结构的碳化硅纳米纤维按照碳化硅纳米纤维与钛酸丁酯的质量比为1:60～600加入含钛水热反应液中进行水热合成反应，之后经过退火处理得到所述核壳结构氧化钛纳米片/碳化硅纳米纤维；所述含钛水热反应液由体积分数0.5～2‰的二乙烯三胺的异丙醇溶液与钛酸丁酯，按所述二乙烯三胺的异丙醇溶液与所述钛酸丁酯的体积比为1～10％混合而成；所述水热合成反应：将所述碳化硅纳米纤维加入到所述含钛水热反应液中后密封，在160～240℃下，保温16～36小时，然后冷却至室温，得到未退火处理的氧化钛纳米片/碳化硅纳米纤维。2.根据权利要求1所述的核壳结构氧化钛纳米片/碳化硅纳米纤维制备方法，其特征在于，所述二乙烯三胺的异丙醇溶液的体积分数为0.6～1.2‰。3.根据权利要求2所述的核壳结构氧化钛纳米片/碳化硅纳米纤维制备方法，其特征在于，所述退火处理包括以下步骤：清洗所述未退火处理的氧化钛纳米片/碳化硅纳米纤维≥3次，然后干燥，升温至300～800℃，保温1～5小时，冷却至室温，得到所述核壳结构氧化钛纳米片/碳化硅纳米纤维。4.根据权利要求3所述的核壳结构氧化钛纳米片/碳化硅纳米纤维制备方法，其特征在于，制备所述含钛水热反应液时搅拌2～10分钟。5.根据权利要求3所述的核壳结构氧化钛纳米片/碳化硅纳米纤维制备方法，其特征在于，所述清洗包括先用去离子水-乙醇混合液清洗，再用去离子水清洗；所述去离子水-乙醇混合液为去离子水和乙醇按体积比为1～5:1混合而成。6.根据权利要求1所述的核壳结构氧化钛纳米片/碳化硅纳米纤维制备方法，其特征在于，所述碳化硅纳米纤维按以下步骤制得：1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：王兵，王应德，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43