CN111850740B - 一种锐钛矿TiO2/金红石TiO2/ZnTiO3三相异质介孔纳米纤维的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种锐钛矿TiO2/金红石TiO2/ZnTiO3三相异质介孔纳米纤维的制备方法，属于纳米纤维技术领域。本发明的制备方法包括如下步骤：S1、配制前驱体纺丝液：将Ti源、Zn源、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和发泡剂溶解于有机溶剂中，混合即形成纺丝液；S2、制备前驱体纳米纤维：将纺丝液在高压下进行静电纺丝，获得前驱体纤维，将前驱体纤维干燥，获得PVP/TBOT/ZnAc/DIPA前驱体纳米纤维；S3、煅烧处理：将PVP/TBOT/ZnAc/DIPA前驱体纳米纤维在520‑570℃进行煅烧，即获得锐钛矿TiO2/金红石TiO2/ZnTiO3三相异质介孔纳米纤维材料。
Description
技术领域
本发明属于纳米纤维技术领域，涉及一种锐钛矿TiO2/金红石 TiO2/ZnTiO3三相异质介孔纳米纤维的制备方法。
背景技术
目前世界能源主要以传统化石燃料(煤、石油、天然气等) 为主，石化燃料均为不可再生能源，且地球储量有限，无法满足人类社会可持续发展的要求。随着煤炭石油等石化能源日益枯竭，能源危机成为当今全球高速发展面临的重大问题。传统化石燃料的使用同时还伴随着大量雾霾的产生，进一步造成环境污染的问题。氢能被认为是一种理想的新能源，具有燃烧热值高、资源丰富、燃烧性能好、清洁无污染、存储多样化、自重小及利用形式多样化等优点。利用半导体太阳能光催化分解水制氢，被认为是彻底解决环境污染和能源短缺问题有效手段之一，具有诱人的前景。
在半导体材料家族中，TiO2是目前最具代表性的光催化剂候选材料，具有无毒、低成本、化学性质稳定等优异的特性，在有机污染物降解，分解水产氢等领域都有潜在的应用价值。然而，单一相的TiO2由于其光生载流子寿命比较短，量子效率低，极大的限制了它在光催化方面的应用。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种锐钛矿TiO2/金红石TiO2/ZnTiO3三相异质介孔纳米纤维的制备方法。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：
一种锐钛矿TiO2/金红石TiO2/ZnTiO3三相异质介孔纳米纤维的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
S1、配制前驱体纺丝液：将Ti源、Zn源、聚乙烯吡咯烷酮 (PVP)和发泡剂溶解于有机溶剂中，混合即形成纺丝液；
S2、制备前驱体纳米纤维：将纺丝液在高压下进行静电纺丝，获得前驱体纤维，将前驱体纤维干燥，获得PVP/TBOT/ZnAc/DIPA 前驱体纳米纤维；
S3、煅烧处理：将PVP/TBOT/ZnAc/DIPA前驱体纳米纤维在 520-570℃进行煅烧，即获得锐钛矿TiO2/金红石TiO2/ZnTiO3三相异质介孔纳米纤维材料。
作为优选，步骤S1所述聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的分子量为 100万-160万。
由于静电纺丝液需要保持一定的粘度，低分子量的PVP粘度较低，需要使用较大量才能保证纺丝液的粘度，而PVP在后续煅烧过程中会发生分解并完全挥发，大量低分子量PVP的使用会因此导致纤维材料在煅烧之后因大量PVP的分解挥发而发生坍塌现象。本申请在介孔纳米纤维的制备中，选用100万-160万高分子量的PVP相比低分子量的PVP可大幅减少PVP的用量，从而避免了因大量PVP在煅烧处理过程中分解挥发而导致的纤维材料的坍塌问题，保证了本申请介孔纳米纤维的高效形成。
作为优选，步骤S1所述Ti源为钛酸四丁酯(TBOT)，所述 Zn源为醋酸锌(ZnAc)，所述发泡剂为偶氮二甲酸二异丙酯 (DIPA)，所述钛酸四丁酯(TBOT)、醋酸锌(ZnAc)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和偶氮二甲酸二异丙酯(DIPA)的质量比为30: (11-14):(6-8):(7-13)。
作为优选，步骤S1所述有机溶剂为无水乙醇、冰醋酸和二甲基甲酰胺(DMF)的混合，所述无水乙醇、冰醋酸和二甲基甲酰胺(DMF)的质量比为3:(1-3):(2-4)。
作为优选，所述钛酸四丁酯(TBOT)与有机溶剂的重量比为3:(7-9)。
作为优选，步骤S1所述纺丝液的配制方法为，先将Ti源、 Zn源、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶解于有机溶剂中，于室温下搅拌混合2.5-3.5h，然后加入发泡剂，于室温下继续搅拌2.5-3.5h。
作为优选，步骤S2所述静电纺丝的注射速度为0.8-1.2ml/h，阴极和阳极的距离为16-20cm，电压为17-19kV。
作为优选，步骤S2所述前驱体纤维干燥的温度为70-90℃，时间为22-26h。
作为优选，步骤S3所述煅烧在空气气氛中进行，煅烧的时间为1.5-2.5h。
本发明通过合理配伍介孔纳米纤维的原材料，以ZnAc和 TBOT分别提供Zn源和Ti供源TiO2和ZnTiO2合成，并控制其中发泡剂的添加量和调控煅烧温度，实现了纳米纤维材料结构的优化和精细调控，创造性实现了锐钛矿TiO2/金红石TiO2/ZnTiO3三相的生成和调控。在制备过程中，PVP和DIPA在煅烧处理的过程中分解完全挥发，ZnAc和TBOT则在本申请特定的处理条件下形成锐钛矿TiO2/金红石TiO2/ZnTiO3三相混合结构。
本发明制得的锐钛矿TiO2/金红石TiO2/ZnTiO3三相异质介孔纳米纤维材料具有三种组成相，三相之间在界面处形成了不同类型的异质结，实现了光生电子和空穴的有效分离，抑制了电子- 空穴复合几率，解决了传统单相TiO2材料存在的光生载流子寿命比较短，量子效率低的问题，从而可高TiO2的光催化能力，能够有力推动光电催化技术在太阳能转换领域的应用。
本发明制得的锐钛矿TiO2/金红石TiO2/ZnTiO3三相异质介孔纳米纤维材料具有优异的一维介孔结构，其是一种典型的微观几何构造，赋予了纳米纤维材料大的长径比、高的比表面积和良好的电荷迁移能力，在光催化反应中能够保持高效稳定的光催化活性。
本发明的的锐钛矿TiO2/金红石TiO2/ZnTiO3三相异质介孔纳米纤维可应用于光催化分解水产氢，具体应用的方法为将锐钛矿 TiO2/金红石TiO2/ZnTiO3三相异质介孔纳米纤维分散在去离子水和甲醇的混合液中，形成光电催化剂材料，然后将光电催化剂材料置于光催化产氢真空系统内进行催化反应。
作为优选，所述光催化产氢真空系统以300W氙灯作为模拟太阳光源。
本发明的锐钛矿TiO2/金红石TiO2/ZnTiO3三相异质介孔纳米纤维可作为光催化剂材料有效应用在太阳能光催化分解水产氢中的，具有催化活性高效、稳定的优点。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：。
1.本发明有效实现了锐钛矿TiO2/金红石TiO2/ZnTiO3三相异质介孔纳米纤维材料的制备，制得的纤维材料中具有锐钛矿TiO2/ 金红石TiO2/ZnTiO3三种组成相；
2.本发明通过调控发泡剂的浓度，进一步实现了对锐钛矿 TiO2/金红石TiO2/ZnTiO3三相异质介孔纳米纤维材料的结构的有效调控；
3.本发明通过调控煅烧温度，进一步实现了锐钛矿TiO2/金红石TiO2/ZnTiO3三相异质介孔纳米纤维材料中三种结构组成相的有效调控；
4.本发明锐钛矿TiO2/金红石TiO2/ZnTiO3三相异质介孔纳米纤维的制备方法简单可控，具有很好的重复性。
5.本发明的锐钛矿TiO2/金红石TiO2/ZnTiO3三相异质介孔纳米纤维可作为光催化剂材料地应用在太阳能光催化产氢中，具有高的产氢效率。
附图说明
图1为本发明实施例1所制得的PVP/TBOT/ZnAc/DIPA前驱体纤维材料的低倍扫描电镜(SEM)图；
图2为本发明实施例1所制得的PVP/TBOT/ZnAc/DIPA前驱体纤维材料的高倍扫描电镜(SEM)图；
图3为本发明实施例1所制得的锐钛矿TiO2/金红石 TiO2/ZnTiO3三相异质介孔纳米纤维材料的低倍扫描电镜(SEM) 图；
图4为本发明实施例1所制得的锐钛矿TiO2/金红石 TiO2/ZnTiO3三相异质介孔纳米纤维材料的高倍扫描电镜(SEM) 图；
图5为本发明实施例1所制得的锐钛矿TiO2/金红石 TiO2/ZnTiO3三相异质介孔纳米纤维材料的横截面扫描电镜 (SEM)图；
图6为本发明实施例1所制得的锐钛矿TiO2/金红石 TiO2/ZnTiO3三相异质介孔纳米纤维材料的X射线衍射(XRD) 图；
图7为本发明实施例1所制得的锐钛矿TiO2/金红石 TiO2/ZnTiO3三相异质介孔纳米纤维材料的N2吸脱附曲线图；
图8为本发明实施例1所制得的锐钛矿TiO2/金红石 TiO2/ZnTiO3三相异质介孔纳米纤维材料的孔径分布图；
图9为本发明实施例1所制得的锐钛矿TiO2/金红石 TiO2/ZnTiO3三相异质介孔纳米纤维材料的透射电子显微镜图；
图10为本发明实施例1所制得的锐钛矿TiO2/金红石 TiO2/ZnTiO3三相异质介孔纳米纤维材料的选取电子衍射图；
图11为本发明实施例1所制得的锐钛矿TiO2/金红石 TiO2/ZnTiO3三相异质介孔纳米纤维材料的高分辨透射电子显微镜图；
图12为本发明实施例1所制得的锐钛矿TiO2/金红石 TiO2/ZnTiO3三相异质介孔纳米纤维材料的能谱图；
图13为本发明实施例1所制得的锐钛矿TiO2/金红石 TiO2/ZnTiO3三相异质介孔纳米纤维材料的面扫描能谱图；
图14为本发明对比例1所制得的PVP/TBOT/ZnAc前驱体纤维材料的低倍扫描电镜(SEM)图；
图15为本发明对比例1所制得的PVP/TBOT/ZnAc前驱体纤维材料的高倍扫描电镜(SEM)图；
图16为本发明对比例1所制得的锐钛矿TiO2/金红石 TiO2/ZnTiO3三相异质纳米纤维材料的低倍扫描电镜(SEM)图；
图17为本发明对比例1所制得的锐钛矿TiO2/金红石 TiO2/ZnTiO3三相介孔纳米纤维材料的高倍扫描电镜(SEM)图；
图18为本发明对比例1所制得的锐钛矿TiO2/金红石 TiO2/ZnTiO3三相异质纳米纤维材料的X射线衍射(XRD)图；
图19为本发明对比例2所制得的PVP/TBOT/ZnAc/DIPA前驱体纤维材料的低倍扫描电镜(SEM)图；
图20为本发明对比例2所制得的PVP/TBOT/ZnAc/DIPA前驱体纤维材料的高倍扫描电镜(SEM)图；
图21为本发明对比例2所制得的锐钛矿TiO2/金红石 TiO2/ZnTiO3三相异质介孔纳米纤维材料的低倍扫描电镜(SEM) 图；
图22为本发明对比例2所制得的锐钛矿TiO2/金红石 TiO2/ZnTiO3三相异质介孔纳米纤维材料的高倍扫描电镜(SEM) 图；
图23为本发明对比例2所制得的锐钛矿TiO2/金红石 TiO2/ZnTiO3三相异质介孔纳米纤维材料的X射线衍射(XRD) 图；
图24为本发明对比例3所制得的PVP/TBOT/ZnAc/DIPA前驱体纤维材料的低倍扫描电镜(SEM)图；
图25为本发明对比例3所制得的PVP/TBOT/ZnAc/DIPA前驱体纤维材料的高倍扫描电镜(SEM)图；
图26为本发明对比例3所制得的锐钛矿TiO2/金红石 TiO2/ZnTiO3三相异质介孔纳米纤维材料的低倍扫描电镜(SEM) 图；
图27为本发明对比例3所制得的锐钛矿TiO2/金红石 TiO2/ZnTiO3三相异质介孔纳米纤维材料的高倍扫描电镜(SEM) 图；
图28为本发明对比例3所制得的锐钛矿TiO2/金红石 TiO2/ZnTiO3三相异质介孔纳米纤维材料的X射线衍射(XRD) 图；
图29为本发明对比例4所制得的PVP/TBOT/ZnAc/DIPA前驱体纤维材料的低倍扫描电镜(SEM)图；
图30为本发明对比例4所制得的PVP/TBOT/ZnAc/DIPA前驱体纤维材料的高倍扫描电镜(SEM)图；
图31为本发明对比例4所制得的锐钛矿TiO2/ZnTiO3两相异质介孔纳米纤维材料的低倍扫描电镜(SEM)图；
图32为本发明对比例4所制得的锐钛矿TiO2/ZnTiO3两相异质介孔纳米纤维材料的高倍扫描电镜(SEM)图；
图33为本发明对比例4所制得的锐钛矿TiO2/ZnTiO3两相异质介孔纳米纤维材料的X射线衍射(XRD)图。
图34为本发明实施例1、对比例1-3所制得的锐钛矿TiO2/ 金红石TiO2/ZnTiO3三相异质纳米纤材料的光光催化制氢量随着光照时间的变化图；
图35为本发明前实施例1与对比例4所制备的光催化剂以及普通TiO2纳米纤维光催化剂材料的光催化制氢量随着光照时间的变化图；
图36为本发明实施例1、对比例1-4所制得的光催化剂以及普通TiO2纳米纤维光催化剂材料的光光催化制氢效率对比图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
分别称取0.7g分子量为1300000的PVP、3.0g TBOT、1.2g ZnAc溶解于由3.0g无水乙醇、2.0g冰醋酸和3.0g DMF构成的混合有机溶剂中，于室温下搅拌混合3h后加入1.0gDIPA，然后继续搅拌3h，得到前驱体纺丝液。
将前驱体纺丝液静置后量取10ml注入塑料针管内，并置于静电纺丝机上，设置注射速度为1ml/h；以金属针头作静电纺丝的阳极，铁丝网作为接收材料的阴极，阳极与阴极之间的距离为 18cm，在18kV高压下进行静电纺丝；然后将静电纺丝获得的产物置于80℃的恒温烘干箱内烘干24h，获得 PVP/TBOT/ZnAc/DIPA前驱体纤维材料。图1与图2为实施例1获得的PVP/TBOT/ZnAc/DIPA前驱体纤维材料的典型的扫描电镜 (SEM)图，表明所获得的前驱体材料具有典型的纳米纤维结构。
随后，将该PVP/TBOT/ZnAc/DIPA前驱体纤维材料置于马弗炉内，在空气气氛中于550℃保温2h进行煅烧处理，然后随炉冷却，制得纳米纤维材料。所制备的纳米纤维材料在不同放大倍数下的典型扫描电镜(SEM)如图3、图4和图5所示，表明所制备的材料为高纯度全介孔纳米纤维材料；图6为其相应的X射线衍射图，表明所制备的纳米纤维材料为锐钛矿TiO2/金红石 TiO2/ZnTiO3三相异质介孔纳米纤维材料。
图7为实施例1制得的锐钛矿TiO2/金红石TiO2/ZnTiO3三相异质介孔纳米纤维材料相应的N2吸脱附曲线图，证实所制备的纳米纤维为锐钛矿TiO2/金红石TiO2/ZnTiO3三相异质纳米纤维材料具有典型的介孔结构，其比表面积为54.1m2/g。
图8为其相应的孔径分布曲线，证实所制备的锐钛矿TiO2/ 金红石TiO2/ZnTiO3三相异质纳米纤维材料中的孔大部分处于介孔尺度范围内，其平均孔径为19.8nm。
图9为所制备的锐钛矿TiO2/金红石TiO2/ZnTiO3三相异质纳米纤维材料的TEM图片，说明了该光催化剂材料具有典型的一维纳米纤维结构。
图10为所制备的锐钛矿TiO2/金红石TiO2/ZnTiO3三相异质纳米纤维材料的选取电子衍射图片，证实了该纳米纤维材料由锐钛矿TiO2、金红石TiO2和ZnTiO3组成，且具有多晶结构。
图11为所制备的锐钛矿TiO2/金红石TiO2/ZnTiO3三相异质纳米纤维材料的高分辨透射电镜照片，再次证实了该光电催化阳极材料由锐钛矿TiO2、金红石TiO2和ZnTiO3组成。
图13为所制备的锐钛矿TiO2/金红石TiO2/ZnTiO3三相异质纳米纤维材料对应的(元素分布)面扫描能谱(EDS)图，说明该光纳米纤维材料由Ti、O和Zn三种元素组成，且沿着纤维结构均匀分布。
实施例2
分别称取0.8g分子量为1000000的PVP、3.0g TBOT、1.1g ZnAc溶解于由3.0g无水乙醇、1.0g冰醋酸和4.0g DMF构成的混合有机溶剂中，于室温下搅拌混合2.5h后加入1.3gDIPA，然后继续搅拌2.5h，得到前驱体纺丝液。
将前驱体纺丝液静置后量取10ml注入塑料针管内，并置于静电纺丝机上，设置注射速度为0.8ml/h；以金属针头作静电纺丝的阳极，铁丝网作为接收材料的阴极，阳极与阴极之间的距离为 16cm，在17kV高压下进行静电纺丝；然后将静电纺丝获得的产物置于70℃的恒温烘干箱内烘干26h，获得 PVP/TBOT/ZnAc/DIPA前驱体纤维材料。
随后，将该PVP/TBOT/ZnAc/DIPA前驱体纤维材料置于马弗炉内，在空气气氛中于520℃保温2.5h进行煅烧处理，然后随炉冷却，制得纳米纤维材料。
实施例3
分别称取0.6g分子量为1600000的PVP、3.0g TBOT、1.4g ZnAc溶解于由3.0g无水乙醇、3.0g冰醋酸和2.0g DMF构成的混合有机溶剂中，于室温下搅拌混合3.5h后加入1.2gDIPA，然后继续搅拌3.5h，得到前驱体纺丝液。
将前驱体纺丝液静置后量取10ml注入塑料针管内，并置于静电纺丝机上，设置注射速度为1.2ml/h；以金属针头作静电纺丝的阳极，铁丝网作为接收材料的阴极，阳极与阴极之间的距离为 20cm，在19kV高压下进行静电纺丝；然后将静电纺丝获得的产物置于90℃的恒温烘干箱内烘干22h，获得 PVP/TBOT/ZnAc/DIPA前驱体纤维材料。
随后，将该PVP/TBOT/ZnAc/DIPA前驱体纤维材料置于马弗炉内，在空气气氛中于570℃保温1.5h进行煅烧处理，然后随炉冷却，制得纳米纤维材料。
对比例1
分别称取0.7g分子量为1300000的PVP、3.0g TBOT、1.2g ZnAc溶解于由3.0g无水乙醇、2.0g冰醋酸和3.0g DMF构成的混合有机溶剂中，搅拌3h得到前驱体纺丝液。
将前驱体纺丝液静置后量取10ml注入塑料针管内，置于静电纺丝机上，设置注射速度为1ml/h。以金属针头作电纺丝阳极，铁丝网作接收材料的阴极，阳极与阴极之间的距离为18cm，在 18kV高压下进行静电纺丝，然后将静电纺丝获得的产物置于80℃的恒温烘干箱内烘24h，获得PVP/TBOT/ZnAc前驱体纤维材料。图14与图15为对比例1获得的PVP/TBOT/ZnAc前驱体纤维材料的典型的扫描电镜(SEM)图，表明所获得的前驱体材料具有典型的纳米纤维结构。
随后，将该PVP/TBOT/ZnAc前驱体纤维材料置于马弗炉内，在空气气氛下于550℃保温2h进行煅烧处理，然后随炉冷却，制得纳米纤维材料。所制备的纳米纤维材料在不同放大倍数下的典型扫描电镜(SEM)如图16和图17所示，表明所制备的材料为无孔的纳米纤维材料；图18为其相应的X射线衍射图，表明所制备的纳米纤维材料为锐钛矿TiO2/金红石TiO2/ZnTiO3三相异质非介孔纳米纤维材料。
对比实施例1结果可知，当前驱体纺丝液中未添加发泡剂 DIPA时，最后通过煅烧所制备的材料为普通非介孔的纳米纤维材料，说明发泡剂的添加影响最终纳米纤维材料的形貌结构，对于制备锐钛矿TiO2/金红石TiO2/ZnTiO3三相异质介孔纳米纤维材料至关重要。
对比例2
分别称取0.7g分子量为1300000的PVP、3.0g TBOT、1.2g ZnAc溶解于由3.0g无水乙醇、2.0g冰醋酸和3.0g DMF构成的混合有机溶剂中，于室温下搅拌混合3h后加入0.5gDIPA，然后继续搅拌3h，得到前驱体纺丝液。
将前驱体纺丝液静置后量取10ml注入塑料针管内，并置于静电纺丝机上，设置注射速度为1ml/h；以金属针头作静电纺丝的阳极，铁丝网作为接收材料的阴极，阳极与阴极之间的距离为 18cm，在18kV高压下进行静电纺丝，然后将静电纺丝获得的产物置于80℃的恒温烘干箱内烘24h，获得PVP/TBOT/ZnAc/DIPA 前驱体纤维材料。图19与图20为获得的PVP/TBOT/ZnAc/DIPA 前驱体纤维材料的典型的扫描电镜(SEM)图，表明所获得的前驱体材料具有典型的纳米纤维结构。
随后，将该PVP/TBOT/ZnAc/DIPA前驱体纤维材料置于马弗炉内，在空气气氛下于550℃保温2h进行煅烧处理，然后随炉冷却，制得纳米纤维材料。所制备的纳米纤维材料在不同放大倍数下的典型扫描电镜(SEM)如图21和图22所示，表明所制备的材料为含有零星介孔的纳米纤维材料；图23为其相应的X射线衍射图，表明所制备的纳米纤维材料为锐钛矿TiO2/金红石 TiO2/ZnTiO3三相异质介孔纳米纤维材料。
对比实施例1结果可知，当前驱体纺丝液中添加低含量的发泡剂DIPA时，最后通过煅烧所制备的材料为含有零星介孔的纳米纤维材料，说明发泡剂的浓度影响最终纳米纤维材料的形貌结构，对于制备锐钛矿TiO2/金红石TiO2/ZnTiO3三相异质介孔纳米纤维材料至关重要。
对比例3
分别称取0.7g分子量为1300000的PVP、3.0g TBOT、1.2g ZnAc溶解于由3.0g无水乙醇、2.0g冰醋酸和3.0g DMF构成的混合有机溶剂中，于室温下搅拌混合3h后加入1.5gDIPA，然后继续搅拌3h，得到前驱体纺丝液。
将前驱体纺丝液静置后量取10ml注入塑料针管内，并置于静电纺丝机上，设置注射速度为1ml/h；以金属针头作静电纺丝的阳极，铁丝网作为接收材料的阴极，阳极与阴极之间的距离为 18cm，在18kV高压下进行静电纺丝，然后将静电纺丝获得的产物置于80℃的恒温烘干箱内烘24h，制得PVP/TBOT/ZnAc/DIPA 前驱体纤维材料。图24与图25为制得的PVP/TBOT/ZnAc/DIPA 前驱体纤维材料的典型的扫描电镜(SEM)图，表明所获得的前驱体材料具有典型的纳米纤维结构。
随后，将该PVP/TBOT/ZnAc/DIPA前驱体材料置于马弗炉内，在空气气氛下于550℃保温2h进行煅烧处理，然后随炉冷却，制得纳米纤维材料。所制备的纳米纤维材料在不同放大倍数下的典型扫描电镜(SEM)如图26和图27所示，表明所制备的材料为椭圆状的介孔纳米纤维材料；图28为其相应的X射线衍射图，表明所制备的纳米纤维材料为锐钛矿TiO2/金红石TiO2/ZnTiO3三相异质介孔纳米纤维材料。
与实施例1、对比例1和对比例2对比可知，当前驱体纺丝液中添加高含量的发泡剂DIPA时，最后通过煅烧所制备的材料为截面为椭圆状的介孔纳米纤维材料，再次说明发泡剂的浓度影响最终纳米纤维材料的形貌结构，对于制备锐钛矿TiO2/金红石 TiO2/ZnTiO3三相异质介孔纳米纤维材料至关重要。
对比例4
分别称取0.7g分子量为1300000的PVP、3.0g TBOT、1.2g ZnAc溶解于由3.0g无水乙醇、2.0g冰醋酸和3.0g DMF构成的混合有机溶剂中，于室温下搅拌混合3h后加入1.0gDIPA，然后继续搅拌3h，得到前驱体纺丝液。
将前驱体纺丝液静置后量取10ml注入塑料针管内，并置于静电纺丝机上，设置注射速度为1ml/h；以金属针头作静电纺丝的阳极，铁丝网作为接收材料的阴极，阳极与阴极之间的距离为 18cm，在18kV高压下进行静电纺丝，然后将静电纺丝获得的产物置于80℃的恒温烘干箱内烘24h，制得PVP/TBOT/ZnAc/DIPA 前驱体纤维材料。图29与图30为获得的PVP/TBOT/ZnAc/DIPA 前驱体纤维材料的典型的扫描电镜(SEM)图，表明所获得的前驱体材料具有典型的纳米纤维结构。
随后，将该PVP/TBOT/ZnAc/DIPA前驱体纤维材料置于马弗炉内，在空气气氛下于500℃保温2h进行煅烧处理，然后随炉冷却，制得纳米纤维材料。所制备的纳米纤维材料在不同放大倍数下的典型扫描电镜(SEM)如图31和图32所示，表明所制备的材料为介孔纳米纤维材料；图33为其相应的X射线衍射图，表明所制备的纳米纤维材料为锐钛矿TiO2/ZnTiO3两相异质介孔纳米纤维材料。
与实施例1、对比例1、对比例2、对比例3对比可知，当煅烧温度降低到500℃时，最后通过煅烧所制备的材料为 TiO2/ZnTiO3两相介孔纳米纤维材料，说明煅烧温度直接影响最终纳米纤维材料的相比成分结构，对于制备锐钛矿TiO2/金红石 TiO2/ZnTiO3三相异质介孔纳米纤维材料至关重要。
应用实施例1
称取实施例1中制得的0.1g锐钛矿TiO2/金红石TiO2/ZnTiO3三相异质介孔纳米纤维材料分散在40ml的去离子水中，超声分散120min后，加入10ml甲醇作为牺牲剂，形成光催化剂，然后将光催化剂置于光催化产氢真空系统内。以300W氙灯作为模拟太阳光源，
通过气相色谱仪测试样品的在不同光照时间下的氢气产量。
应用对比例1
与应用实施例1仅区别在使用的工作电极为对比例1制备的锐钛矿TiO2/金红石TiO2/ZnTiO3三相异质纳米纤维材料，其他工艺以及测试过程与应用实施例1相同，此处不再累述。
应用对比例2
与应用实施例1仅区别在使用的工作电极为对比例2制备的锐钛矿TiO2/金红石TiO2/ZnTiO3三相异质纳米纤维材料，其他工艺以及测试过程与应用实施例1相同，此处不再累述。
应用对比例3
与应用实施例1仅区别在使用的工作电极为对比例3制备的锐钛矿TiO2/金红石TiO2/ZnTiO3三相异质介孔纳米纤维材料，其他工艺以及测试过程与应用实施例1相同，此处不再累述。
应用对比例4
与应用实施例1仅区别在使用的工作电极为对比例4制备的锐钛矿TiO2/ZnTiO3两相异质介孔纳米纤维材料，其他工艺以及测试过程与应用实施例1相同，此处不再累述。
图34为本发明实施例1、对比例1-3所制备的光催化剂在不同光照时间下的氢气产量变化曲线图，说明本发明制备的锐钛矿 TiO2/金红石TiO2/ZnTiO3三相异质介孔纳米纤维材料作光催化剂材料比没有介孔结构的锐钛矿TiO2/金红石TiO2/ZnTiO3三相异质纳米纤维材料具有更加优异的光催化性能，6h光照后其光催化产氢量可到5500μmol·g-1。
图35为本发明应用实例1与普通TiO2纳米纤维以及应用对比例4所制备的光催化剂在不同光照时间下的氢气产量变化曲线图，说明本发明制备的锐钛矿TiO2/金红石TiO2/ZnTiO3三相异质介孔纳米纤维材料作光催化剂材料比介孔结构的锐钛矿 TiO2/ZnTiO3两相异质纳米纤维材料以及普通TiO2纳米纤维具有更加优异的光催化产氢性能。
图36为本发明实施例1、对比例1-4所制备的光催化剂以及普通TiO2纳米纤维的光催化产氢速率对比，说明本发明制备的锐钛矿TiO2/金红石TiO2/ZnTiO3三相异质介孔纳米纤维材料作光催化剂材料比普通TiO2纳米纤维具有更高的产氢效率，其产氢效率最高可提高2倍以上。
综上所述，本发明提供了一种有效的方法实现锐钛矿TiO2/ 金红石TiO2/ZnTiO3三相异质介孔纳米纤维的制备，其具有锐钛矿TiO2、金红石TiO2和ZnTiO3三个组分相，以及典型的一维介孔结构，将其作为光催化剂使用具有优异的光催化效果。
本处实施例对本发明要求保护的技术范围中点值未穷尽之处以及在实施例技术方案中对单个或者多个技术特征的同等替换所形成的新的技术方案，同样都在本发明要求保护的范围内；同时本发明方案所有列举或者未列举的实施例中，在同一实施例中的各个参数仅仅表示其技术方案的一个实例(即一种可行性方案)，而各个参数之间并不存在严格的配合与限定关系，其中各参数在不违背公理以及本发明述求时可以相互替换，特别声明的除外。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。以上所述是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种锐钛矿TiO2/金红石TiO2/ZnTiO3三相异质介孔纳米纤维的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
S1、配制前驱体纺丝液：将3.0gTi源、1.2gZn源、0.7g分子量为1300000的聚乙烯吡咯烷酮PVP溶解于3.0g无水乙醇、2.0g冰醋酸和3.0gDMF构成的混合有机溶剂中，室温下搅拌混合3h后加入1.0g发泡剂，继续搅拌3h即形成纺丝液；
S2、制备前驱体纳米纤维：将前驱体纺丝液静置后量取10ml注入塑料针管内，并置于静电纺丝机上，设置注射速度为1ml/h；以金属针头作静电纺丝的阳极，铁丝网作为接收材料的阴极，阳极与阴极之间的距离为18cm，在18kV高压下进行静电纺丝；然后将静电纺丝获得的产物置于80℃的恒温烘干箱内烘干24h，获得PVP/TBOT/ZnAc/DIPA前驱体纳米纤维；
S3、煅烧处理：将PVP/TBOT/ZnAc/DIPA前驱体纳米纤维在空气气氛下550℃保温2h进行煅烧处理，然后随炉冷却，即获得锐钛矿TiO2/金红石TiO2/ZnTiO3 三相异质介孔纳米纤维材料；
步骤S1所述Ti源为钛酸四丁酯TBOT，所述Zn源为醋酸锌ZnAc，所述发泡剂为偶氮二甲酸二异丙酯DIPA。
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