CN106757522A - 一种氧化石墨烯改性二氧化钛纳米纤维的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明将氧化石墨烯直接加入到了二氧化钛前驱溶液中共纺，并在无氧环境中热还原，得到还原氧化石墨烯/二氧化钛复合纳米纤维。本发明通过特定的方法制备得到具有一定特殊结构的氧化石墨烯/二氧化钛复合纳米纤维，其性能稳定。

Description

一种氧化石墨烯改性二氧化钛纳米纤维的方法
技术领域
本发明涉及纤维技术领域，尤其涉及一种氧化石墨烯改性二氧化钛纳米纤维的方法。
背景技术
近年来，多种二氧化钛的一维纳米材料相继出现，如纳米管、纳米线、纳米棒等。其中，电纺法制备二氧化钛纳米纤维相对于其他结构而言具有特定的电子传输通道和更高的比表面积。然而要制得纯的二氧化钛纳米纤维材料，通常需要通过600℃以上的高温锻烧，才能将电纺纤维中高分子和无机盐的有机成分去除完全。因此，一维无机纤维材料主要是靠高温煅烧到一起的，所得到的纤维结构非常脆，产率很低且难以收集。
石墨烯是被证明在所有碳材料中具有超强的导电性、透光性及优越的机械性能，对二氧化钛纤维材料的机械强度低，光生电子-空穴复合率高等缺点具有极大改进效果。然而在现今的研究中，石墨烯与二氧化钛的复合多数限制在TiO2纳米颗粒(包括锐钛矿型TiO2和P25)，而对于其他形貌的TiO2结构(如纳米管及纳米纤维)几乎没有报道。
发明内容
本发明的目的在于提出一种氧化石墨烯改性二氧化钛纳米纤维的方法，能够使得制备得到的氧化石墨烯改性的二氧化碳纳米纤维具备优异的性能。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种氧化石墨烯改性二氧化钛纳米纤维的方法，包括：
(1)将2-5重量份的鳞片石墨，300-500重量份的浓硫酸和30-60重量份的磷酸混合均匀，缓慢加入15-20重量份的高锰酸钾，于45-55℃下搅拌9-18小时；
(2)在0-5℃下，向混合物中加入300-500重量份的去离子水，和20-50重量份的10-30wt％浓度的双氧水，并搅拌5-10分钟；
(3)分离并先后用去离子水、10-30wt％浓度的盐酸和无水乙醇洗涤产物，真空干燥得到氧化石墨烯；
(4)将0.1-0.5重量份的聚乙烯吡咯烷酮溶于1-3重量份的无水乙醇中，随后加入0.001-0.01重量份的所述氧化石墨烯，再依次加入1-5重量份的乙酸、1-5重量份的钛酸异丙酯，混合均匀得到黄色透明的前驱体溶液；
(5)在环境湿度小于40％的环境下，用所述前驱体溶液静电纺丝，电压为17-20kV，得到氧化石墨烯/聚乙烯吡咯烷酮/二氧化钛复合纤维；
(6)在惰性气体或氮气保护下，将所述氧化石墨烯/聚乙烯吡咯烷酮/二氧化钛复合纤维加热到400-500℃，得到氧化石墨烯改性二氧化钛纳米纤维。
本发明将氧化石墨烯直接加入到了二氧化钛前驱溶液中共纺，并在无氧环境中热还原，得到氧化石墨烯/二氧化钛复合纳米纤维，纤维内部呈现出高度有序的微观形貌。其形成机理包括：1)氧化石墨烯片层经温和的搅拌被打碎，均匀的分散、舒展于聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液中；2)在溶液中加入二氧化钛前驱体进行电纺过程中，高压静电场的存在使氧化石墨烯片层被固定在聚乙烯吡咯烷酮/二氧化钛纤维中，并顺延纤维轴向统一取向；3)接收器上得到复合纳米纤维，氧化石墨烯片层沿着纤维轴向展开，有序的分布于纤维内部，形成具有一定特殊结构的氧化石墨烯/二氧化钛复合纳米纤维。
本发明通过特定的方法制备得到具有一定特殊结构的氧化石墨烯/二氧化钛复合纳米纤维，其性能稳定。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
一种氧化石墨烯改性二氧化钛纳米纤维的方法，包括：
(1)将2重量份的鳞片石墨，300重量份的浓硫酸和30重量份的磷酸混合均匀，缓慢加入15重量份的高锰酸钾，于45℃下搅拌9小时；
(2)在0℃下，向混合物中加入300重量份的去离子水，和20重量份的10wt％浓度的双氧水，并搅拌5分钟；
(3)分离并先后用去离子水、10wt％浓度的盐酸和无水乙醇洗涤产物，真空干燥得到氧化石墨烯；
(4)将0.1重量份的聚乙烯吡咯烷酮溶于1重量份的无水乙醇中，随后加入0.001重量份的所述氧化石墨烯，再依次加入1重量份的乙酸、1重量份的钛酸异丙酯，混合均匀得到黄色透明的前驱体溶液；
(5)在环境湿度小于40％的环境下，用所述前驱体溶液静电纺丝，电压为17kV，得到氧化石墨烯/聚乙烯吡咯烷酮/二氧化钛复合纤维；
(6)在惰性气体或氮气保护下，将所述氧化石墨烯/聚乙烯吡咯烷酮/二氧化钛复合纤维加热到400℃，得到氧化石墨烯改性二氧化钛纳米纤维。
实施例2
一种氧化石墨烯改性二氧化钛纳米纤维的方法，包括：
(1)将5重量份的鳞片石墨，500重量份的浓硫酸和60重量份的磷酸混合均匀，缓慢加入20重量份的高锰酸钾，于55℃下搅拌18小时；
(2)在5℃下，向混合物中加入500重量份的去离子水，和50重量份的30wt％浓度的双氧水，并搅拌10分钟；
(3)分离并先后用去离子水、30wt％浓度的盐酸和无水乙醇洗涤产物，真空干燥得到氧化石墨烯；
(4)将0.5重量份的聚乙烯吡咯烷酮溶于3重量份的无水乙醇中，随后加入0.01重量份的所述氧化石墨烯，再依次加入5重量份的乙酸、5重量份的钛酸异丙酯，混合均匀得到黄色透明的前驱体溶液；
(5)在环境湿度小于40％的环境下，用所述前驱体溶液静电纺丝，电压为20kV，得到氧化石墨烯/聚乙烯吡咯烷酮/二氧化钛复合纤维；
(6)在惰性气体或氮气保护下，将所述氧化石墨烯/聚乙烯吡咯烷酮/二氧化钛复合纤维加热到500℃，得到氧化石墨烯改性二氧化钛纳米纤维。
实施例3
一种氧化石墨烯改性二氧化钛纳米纤维的方法，包括：
(1)将3重量份的鳞片石墨，400重量份的浓硫酸和50重量份的磷酸混合均匀，缓慢加入20重量份的高锰酸钾，于50℃下搅拌9-18小时；
(2)在0℃下，向混合物中加入400重量份的去离子水，和30重量份的20wt％浓度的双氧水，并搅拌7分钟；
(3)分离并先后用去离子水、20wt％浓度的盐酸和无水乙醇洗涤产物，真空干燥得到氧化石墨烯；
(4)将0.3重量份的聚乙烯吡咯烷酮溶于2重量份的无水乙醇中，随后加入0.005重量份的所述氧化石墨烯，再依次加入3重量份的乙酸、2重量份的钛酸异丙酯，混合均匀得到黄色透明的前驱体溶液；
(5)在环境湿度小于40％的环境下，用所述前驱体溶液静电纺丝，电压为18kV，得到氧化石墨烯/聚乙烯吡咯烷酮/二氧化钛复合纤维；
(6)在惰性气体或氮气保护下，将所述氧化石墨烯/聚乙烯吡咯烷酮/二氧化钛复合纤维加热到450℃，得到氧化石墨烯改性二氧化钛纳米纤维。
实施例1-3通过特定的方法制备得到具有一定特殊结构的氧化石墨烯/二氧化钛复合纳米纤维，其性能稳定。

Claims (1)

1.一种氧化石墨烯改性二氧化钛纳米纤维的方法，包括：
(1)将2-5重量份的鳞片石墨，300-500重量份的浓硫酸和30-60重量份的磷酸混合均匀，缓慢加入15-20重量份的高锰酸钾，于45-55℃下搅拌9-18小时；
(2)在0-5℃下，向混合物中加入300-500重量份的去离子水，和20-50重量份的10-30wt％浓度的双氧水，并搅拌5-10分钟；
(3)分离并先后用去离子水、10-30wt％浓度的盐酸和无水乙醇洗涤产物，真空干燥得到氧化石墨烯；
(4)将0.1-0.5重量份的聚乙烯吡咯烷酮溶于1-3重量份的无水乙醇中，随后加入0.001-0.01重量份的所述氧化石墨烯，再依次加入1-5重量份的乙酸、1-5重量份的钛酸异丙酯，混合均匀得到黄色透明的前驱体溶液；
(5)在环境湿度小于40％的环境下，用所述前驱体溶液静电纺丝，得到氧化石墨烯/聚乙烯吡咯烷酮/二氧化钛复合纤维；
(6)在惰性气体或氮气保护下，将所述氧化石墨烯/聚乙烯吡咯烷酮/二氧化钛复合纤维加热到400-500℃，得到氧化石墨烯改性二氧化钛纳米纤维。
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