[发明专利]具有连通孔且孔径可调的复合无机氧化物纳米孔纤维及其单喷头电纺制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合无机氧化物纳米孔纤维制备技术领域，具体涉及具有连通孔且孔径可调的复合无机氧化物纳米孔纤维及其单喷头静电纺丝制备方法。

背景技术

依孔径尺度分类，孔材料可分为微孔(<2nm)，介孔(2～50nm)和大孔(>50nm)。主体结构含有两种或两种以上孔径尺度且孔道连通的孔材料称为等级孔材料。等级孔材料包括二级孔(微孔－介孔和介孔－大孔)和三级孔(微孔－介孔－大孔)材料。等级孔材料的孔道连通性使得这类材料兼具多种孔道的优势。

无机氧化物纳米纤维具有丰富且优异的物理、化学和机械性能，复合无机氧化物纳米孔纤维以其高比表面积、高长径比、高孔隙率、多活性位点以及异质结构耦合所产生的界面特异性，使其在传感、光电磁器件、催化和吸附分离等领域倍受关注。设计构筑具有孔径可调且孔道连通性好的复合无机氧化物纳米孔纤维具有广泛的应用前景。目前，无机氧化物纳米孔纤维的主要制备方法基于静电纺丝技术，包括多喷头静电纺丝法，同轴静电纺丝法，以及基于单喷头静电纺丝技术的牺牲剂造孔法和微乳法等。这些方法普遍存在孔径可调性差和孔道连通性差、步骤多、造价高等缺陷，难以实现一步法制备具有连通孔道且孔径可调的无机氧化物纳米孔纤维。

静电纺丝简称电纺，是一种操作简便、成本低且可规模化制备微米至纳米纤维的普适方法。带电聚合物液滴在高压电场作用下被拉伸，外加电场克服聚合物表面张力形成喷射细流。在喷射过程中溶剂挥发，纤维落在接受装置上形成纤维膜。改变聚合物溶液的性质、电纺装置设计以及电纺工艺等可以调控无机氧化物纤维的界观结构，获得中空纤维、多管纤维以及多孔纤维等。

基于单喷头电纺技术发展起来的牺牲模板法制备的孔纤维孔径分布宽、可调控性差及孔道连通性差，而微乳法制备的孔纤维多以介孔或介孔-大孔为主、孔径分布宽，无法获得微孔-介孔-大孔三级连通孔的无机氧化物纤维。牺牲造孔剂及微乳剂的使用也提高了生产成本。迄今为止，利用单喷头电纺技术，在无牺牲造孔剂或微乳条件下制备具有连通孔道、孔径分布可调控的无机氧化物孔纤维尚未见报道。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种复合无机氧化物纳米孔纤维。该复合无机氧化物纳米孔纤维的孔径分布可调控且孔道连通，包括介孔、介孔－大孔以及微孔－介孔－大孔的复合无机氧化物纳米孔纤维。

本发明的目的之二在于提供一种基于无机酯水解缩聚自发成孔原理，利用单喷头电纺技术一步制备复合无机氧化物纳米孔纤维的方法。该方法不使用牺牲造孔剂、微乳剂，也不使用多喷头或同轴等特殊设计的电纺装置。该方法制备的复合无机氧化物孔纤维的孔径可调性强、孔道连通性好、产量高、适于工业化生产。

本发明所述的复合无机氧化物纳米孔纤维具有以下特征：

所述的复合无机氧化物是TiO₂-SiO₂，SnO₂-SiO₂，TiO₂-SnO₂，ZrO₂-SiO₂，Al₂O₃-SiO₂，TiO₂-SnO₂-SiO₂，GeO₂-SiO₂，V₂O₅-SiO₂,TiO₂-ZrO₂-SiO₂,TiO₂-Al₂O₃-SiO₂等。

所述的纳米孔纤维的直径为100～2000nm。