一种钛酸盐纳米纤维材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于功能半导体材料技术领域，具体涉及一种钛酸盐纳米纤维材料及其制备方法和应用。本发明专利技术的钛酸盐纳米纤维材料的制备方法包括下述步骤：(1)将嵌段共聚合物、钛源和溶剂混合均匀，得到前驱体纺丝溶液；(2)对所述前驱体纺丝溶液进行静电纺丝，得到前驱体纳米纤维，煅烧所述前驱体纳米纤维，得到多孔氧化钛纳米纤维；(3)将所述多孔氧化钛纳米纤维加入到碱金属氢氧化物溶液中，超声条件下加热，即得钛酸盐纳米纤维材料。本发明专利技术的钛酸盐纳米纤维材料，呈现多级结构形貌特征，具有比表面积大、孔隙率高、活性位点多等优点。活性位点多等优点。活性位点多等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种钛酸盐纳米纤维材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于功能半导体材料
，具体涉及一种钛酸盐纳米纤维材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]钛酸盐是一类重要的功能半导体陶瓷材料，具有十分优异的物理化学性能(如介电、压电、铁电、光催化、光致变色、吸波等特性)，在能源、环境、传感、电子器件等领域应用广泛。传统钛酸盐主要通过固相烧结法来制备，然而该方法合成的钛酸盐多为粉末颗粒，往往存在粒径大、易团聚、杂质多、比表面积小等缺点，难以满足现代功能陶瓷工艺的发展需求。
[0003]一维钛酸盐纳米材料因其具有大长径比和优异的光电传输特性，使其在物化性能提升和应用拓展方面表现出了独特的优势，已成为钛酸盐材料研究领域的前沿和热点现有技术中公开的有采用水热法制得钛酸盐产物，再通过真空活化处理及化学气相沉积处理得到最终的钛酸盐纳米管，但该方法制备流程繁琐、耗时长、条件苛刻(高温、高压、真空等)、能耗高，不适合规模化制备。也有文献报道采用静电纺丝技术直接制备了钛酸盐纳米纤维，虽然合成方法简单，但所制得的纤维相对致密、比表面积小、形貌单一、结构可调性差，严重制约着钛酸盐纤维材料的应用性能。
[0004]因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种钛酸盐纳米纤维材料及其制备方法和应用，以解决或改善现有技术中钛酸盐纳米纤维制备工艺复杂或钛酸盐纳米纤维应用性能差的问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种钛酸盐纳米纤维材料的制备方法，包括下述步骤：(1)将嵌段共聚合物、钛源和溶剂混合均匀，得到前驱体纺丝溶液；(2)对所述前驱体纺丝溶液进行静电纺丝，得到前驱体纳米纤维，煅烧所述前驱体纳米纤维，得到多孔氧化钛纳米纤维；(3)将所述多孔氧化钛纳米纤维加入到碱金属氢氧化物溶液中，超声条件下加热，即得所述钛酸盐纳米纤维材料。
[0007]优选地，步骤(3)中，所述碱金属氢氧化物为氢氧化锂、氢氧化钡和氢氧化锶中的至少一种。
[0008]优选地，步骤(3)中，所述超声的功率为0.3
‑
1kW，超声频率为10
‑
30kHz；所述加热的温度为80
‑
150℃，加热的时间为1
‑
3h。
[0009]优选地，步骤(3)中，所述碱金属氢氧化物溶液中碱金属氢氧化物的浓度为2
‑
10mol/L；所述多孔氧化钛纳米纤维与所述碱金属氢氧化物溶液的质量比为1:(20
‑
200)。
[0010]优选地，步骤(1)中，所述钛源为钛酸异丙酯和/或钛酸四丁酯；所述嵌段共聚合物为聚乙烯吡咯烷酮
‑
b
‑
聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯
‑
b
‑
聚苯乙烯和聚乙二醇
‑
b
‑
聚苯乙烯中的至少一种；所述溶剂为乙醇、乙酸、氯仿、四氢呋喃和N,N
‑
二甲基甲酰胺中的至少一种；
所述嵌段共聚合物、钛源和溶剂的质量比为1:(2
‑
10):(10
‑
20)。
[0011]优选地，步骤(2)中，所述静电纺丝的参数为：纺丝电压8
‑
30kV，灌注速度0.5
‑
6mL/h，纤维接收距离8
‑
30cm。
[0012]优选地，步骤(2)中，所述煅烧在空气气氛下进行；所述煅烧时的升温速率为1
‑
5℃/min，煅烧的温度为350
‑
500℃，保温时间为30
‑
240min。
[0013]本专利技术还提出了一种钛酸盐纳米纤维材料，其采用下述技术方案：一种钛酸盐纳米纤维材料，所述钛酸盐纳米纤维材料采用如上所述的方法制备得到。
[0014]优选地，所述钛酸盐纳米纤维材料包括纳米纤维轴和纳米针刺，所述纳米针刺分布于所述纳米纤维轴表面；所述纳米纤维轴的平均直径为120
‑
900nm；所述纳米针刺的平均直径为10
‑
50nm；所述钛酸盐纳米纤维材料的比表面积为100
‑
350m2/g。
[0015]本专利技术还提出了如上所述的钛酸盐纳米纤维材料的应用，其采用下述技术方案：如上所述的钛酸盐纳米纤维材料在光催化有机污染物、压电催化有机污染物或电池负极材料中的应用。
[0016]有益效果：
[0017]本专利技术采用静电纺丝和超声辅助的热碱反应(在加热条件下与碱金属氢氧化物溶液反应)相结合的方法实现了钛酸盐纳米纤维材料(可呈类松针状结构)的制备。该方法与现有的水热/真空活化
‑
化学气相沉积法、单一静电纺丝法等方法相比，制得的一维钛酸盐材料具有比表面积高、形貌结构丰富、可调性强等优点。
[0018]本专利技术的钛酸盐纳米纤维材料的制备方法反应条件温和、耗时短、步骤简单、易于操作，可简单通过调控溶液浓度、反应时间、超声加热条件对材料的多级结构形貌进行有效调控。
[0019]本专利技术的钛酸盐纳米纤维材料，呈现多级结构形貌特征，具有比表面积大、孔隙率高、活性位点多等优点，同时兼具一维半导体纳米材料独特的光电传输特性，与传统单一结构的钛酸盐纳米纤维材料相比，钛酸盐纳米纤维材料(可呈类松针状结构)在光、电、催化等物理化学性能方面有了显著的提升。
附图说明
[0020]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。其中：
[0021]图1为本专利技术实施例3提供的钛酸盐(钛酸锶)纳米纤维材料的微观形貌图；
[0022]图2为对比例1所得产物的微观形貌图；
[0023]图3为对比例2所得产物的微观形貌图；
[0024]图4中，(a)为对比例3所得产物的微观形貌图，(b)为对比例3所得产物的XRD图。
具体实施方式
[0025]下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0026]下面将结合实施例来详细说明本专利技术。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术
中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0027]本专利技术针对目前存在的钛酸盐纳米纤维制备工艺复杂或钛酸盐纳米纤维应用性能差(相对致密、比表面积小、形貌单一或结构可调性差)的问题，提供一种钛酸盐纳米纤维材料的制备方法。本专利技术实施例的钛酸盐纳米纤维材料的制备方法包括下述步骤：(1)将嵌段共聚合物、钛源和溶剂混合均匀，得到前驱体纺丝溶液；(2)对前驱体纺丝溶液进行静电纺丝，得到前驱体纳米纤维，煅烧前驱体纳米纤维，得到多孔氧化钛纳米纤维本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钛酸盐纳米纤维材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)将嵌段共聚合物、钛源和溶剂混合均匀，得到前驱体纺丝溶液；(2)对所述前驱体纺丝溶液进行静电纺丝，得到前驱体纳米纤维，煅烧所述前驱体纳米纤维，得到多孔氧化钛纳米纤维；(3)将所述多孔氧化钛纳米纤维加入到碱金属氢氧化物溶液中，超声条件下加热，即得所述钛酸盐纳米纤维材料。2.根据权利要求1所述的钛酸盐纳米纤维材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述碱金属氢氧化物为氢氧化锂、氢氧化钡和氢氧化锶中的至少一种。3.根据权利要求1所述的钛酸盐纳米纤维材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述超声的功率为0.3
‑
1kW，超声频率为10
‑
30kHz；所述加热的温度为80
‑
150℃，加热的时间为1
‑
3h。4.根据权利要求1所述的钛酸盐纳米纤维材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述碱金属氢氧化物溶液中碱金属氢氧化物的浓度为2
‑
10mol/L；所述多孔氧化钛纳米纤维与所述碱金属氢氧化物溶液的质量比为1:(20
‑
200)。5.根据权利要求1所述的钛酸盐纳米纤维材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述钛源为钛酸异丙酯和/或钛酸四丁酯；所述嵌段共聚合物为聚乙烯吡咯烷酮
‑
b
‑
聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯
‑
b
‑
聚苯乙烯和聚乙二醇
‑
b
‑
聚苯乙烯中...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋骏，杨秀丽，解明华，关荣锋，陈正浩，董鹏玉，
申请(专利权)人：盐城工学院技术转移中心有限公司，
类型：发明
国别省市：