[发明专利]纳米纤维和其制备方法

说明书

本申请要求31.07.2008提交的美国专利申请第12/183,464号的优先权。

背景技术

领域

本发明实施方式涉及纳米纤维和制备纳米纤维的方法。

技术背景

静电织造(electrospin)可提供由各种材料，包括聚合物、聚合物、复合材料和陶瓷制造纤维的多样化的简单方法。静电织造已用于由溶液制造聚合物纤维。静电织造类似于拉制小尺寸纤维的常规工艺，除了是使用表面电荷之间的静电排斥，而不是机械或剪切力来连续降低粘弹性射流或玻璃丝的直径。静电织造产生的纤维的直径可能小于机械拉制产生的纤维，因为通过施加外部电场可以实现伸长增加。

近年来，对静电织造的兴趣逐步增加，部分原因是静电织造能够用于广泛的聚合材料和无机材料。对静电织造的兴趣点从(例如)静电织造工艺、到过滤介质、到保护性服装的吸附层、到电子设备。

纳米纤维和纳米管可能用作载体，例如，催化剂载体，因为纳米纤维和纳米管尽管结构小但表面积大，并具有独特的金属/载体相互作用，提供与传统载体如活性碳不同的催化性能。

在金属元素中，认为金是最为惰性的，但其粒度在纳米范围时也显示出催化活性。使用不同合成路径(溶胶-凝胶、沉积/沉淀、无电沉积)时，已将不同底物用作金催化剂的载体，例如ZrO₂、Al₂O₃、沸石分子筛、TiO₂等。尽管如此，仍不完全明了金纳米颗粒在催化过程中的应用，特别是制备高度但分散的金催化剂时。

制备含有纳米纤维的金属纳米颗粒的常规方法通常包括通过诸如湿法浸渍等工艺掺入已经制备的纳米颗粒。

需要一种利用静电织造制备包含一种或多种金属氧化物的纳米纤维的方法。也需要得到具有多孔性的纳米纤维。而且，还需要通过静电织造制造孔中包含金属纳米颗粒的多孔性金属氧化物纳米纤维。另外，也需要纳米纤维孔中的金属纳米颗粒具有催化性。

概述

本发明的一个实施方式是一种制备纳米纤维的方法。该方法包括提供包含金属氧化物前体和溶剂的溶液，提供包含金属纳米颗粒前体的乳液，将所述溶液、乳液、还原剂和助溶剂混合形成包含金属纳米颗粒的混合物，热诱导该混合物发生相分离，并由相分离的混合物形成纳米纤维。

另一实施方式是一种包含金属氧化物载体的纳米纤维，所述载体包含孔且孔中分散有金属纳米颗粒。

另一个实施方式是一种制备纳米纤维的方法。该方法包括提供包含溶剂、氧化锆前体和氧化铁(III)前体的溶液，将所述溶液和助溶剂混合形成混合物，热诱导该混合物发生相分离，并由相分离的混合物形成氧化锆稳定的氧化铁(III)纳米纤维。

另一实施方式是氧化锆稳定的氧化铁(III)纳米纤维。

本发明的纳米纤维和制备纳米纤维的方法提供以下一项或多项优点：能够合成多孔性金属氧化物纳米纤维；合成具有大表面积和长宽比的纳米纤维；将金属纳米颗粒掺入多孔性金属氧化物纳米纤维；将金属纳米颗粒分散在多孔性金属氧化物纳米纤维上，其中相对于常规方法能降低纳米颗粒迁移和团聚；并沿多孔性纳米纤维产生单分散的纳米颗粒。

在以下的详细描述中提出了本发明的附加特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言由所述内容而容易理解，或按文字描述和其权利要求书以及附图中所述实施本发明而被认识。

应理解前面的一般性描述和以下的详细描述都只是对本发明的示例，用来提供理解要求保护的本发明的性质和特性的总体评述或框架。

包括的附图提供了对本发明的进一步理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图图示说明了本发明的一个或多个实施方式，并与说明书一起用来说明本发明的原理和操作。

附图简要说明

仅通过以下详述或与附图一起可更好地理解本发明。

图1时根据一个实施方式的纳米纤维的扫描电镜(SEM)照片。

图2时根据一个实施方式的纳米纤维的透射电镜(TEM)照片。

图3时根据一个实施方式的纳米纤维的透射电镜(TEM)照片。

发明详述

下面详细说明本发明的各实施方式。只要可能，在所有附图中使用相同的编号来表示相同或类似的特征。

本发明的一个实施方式是一种制备纳米纤维的方法。该方法包括提供包含金属氧化物前体和溶剂的溶液，提供包含金属纳米颗粒前体的乳液，将所述溶液、乳液、还原剂和助溶剂混合形成包含金属纳米颗粒的混合物，热诱导该混合物发生相分离，并由相分离的混合物形成纳米纤维。