静电纺丝技术制备TiO2基低维纳米材料及其表征

摘要

TiO2是一种具有良好的耐候性、耐腐蚀性，较高的化学稳定性、热稳定性等特点的半导体材料，在功能陶瓷、传感材料、光电转换材料、催化材料、非线性光学材料中有广泛的应用前景。因此，通过静电纺丝技术所制备的TiO2基低维纳米材料是一个具有重要意义的研究课题。本文采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)以及金属无机盐为原材料制备出具有一定粘度的前驱体溶胶，采用静电纺丝技术制备了前驱体复合纳米带、前驱体复合纤维以及前驱体复合电缆，经过高温热处理，可制得复合纳米带、复合纳米纤维以及纳米电缆，并对其形成机理进行了详细的讨论，获得了一些有意义的新结果。
　　1.合成了TiO2/Al2O3复合纳米带和TiO2/SnO2复合纳米带。结果表明，所制备的TiO2/Al2O3复合纳米带尺寸均一，彼此没有交联，复合纳米带宽度为1.347±0.140μm，厚度约105nm。所制备的TiO2/SnO2复合纳米带为多孔结构，宽厚比大，复合纳米带宽度为1.861±0.067μm，厚度约57.8nm。
　　2.首次合成了SiO2/SnO2/TiO2三组分并排复合纳米纤维和ZnO/SiO2/SnO2/TiO2四组分并排复合纳米纤维。结果表明，所制备的三组分并排复合纳米纤维界面清晰并紧密排列，复合纳米纤维宽度主要分布在734.726±45.390nm范围内；四组分并排复合纳米纤维宽度主要分布在1145.098±68.093nm范围内。
　　3.首次合成了NiO@SiO2@TiO2同轴三层纳米电缆和NiO@LAl2O3@TiO2同轴三层纳米电缆。结果表明，所得产物的内层直径大约为45.298±5.318nm；中间层厚度大约为42.572±2.564nm；壳层厚度大约为47.572±2.574nm。对同轴三层纳米电缆的形成机理进行了讨论。
　　4.首次合成了NiO@ZnTiO3@TiO2同轴三层纳米电缆和NiO@SnO2@TiO2同轴三层纳米电缆。结果表明，所得产物的芯层直径大约为42.024±4.405nm；中间层厚度大约为55.385±7.681nm；壳层厚度大约为70.747±7.373nm。
　　5.首次合成了NiO@SnO2@Zn2TiO4@TiO2同轴四层纳米电缆。采用TG-DTA、XRD、FTIR、SEM和TEM等分析手段对实验样品进行了系统表征。结果表明，所得产物的芯层为NiO，直径大约为45.113±10.445nm；第二层为SnO2，厚度大约为40.238±10.047nm；第三层为Zn2TiO4，厚度大约为33.593±7.300nm；壳层为TiO2，厚度大约为65.128±25.173nm。对NiO@SnO2@Zn2TiO4@TiO2同轴四层纳米电缆的形成机理进行了讨论。