[发明专利]一种钛酸锶/二氧化钛复合纳米纤维及其制备方法

说明书

本发明采用一步静电纺丝法制备出100‑200nm的钛酸锶/二氧化钛(金红石相)复合纳米纤维材料，方法简便，可操作性强。所得纤维尺寸可控、分布均一且连续性好。本发明所制备的SrTiO₃/TiO₂(金红石相)复合纳米纤维相比单一的TiO₂(金红石相)和单一的SrTiO₃光催化活性方面都有非常大的提高，在光催化降解难降解有机污染物如甲基橙、亚甲基蓝、罗丹明B等方面有重要的应用前景。

技术领域

本发明属于新型功能材料领域，尤其涉及一种SrTiO₃/TiO₂复合纳米纤维及其制备方法。

背景技术

现代工业的快速发展，含有有毒、致癌污染物废水的大量排放，严重威胁着人类的健康。高级氧化法包括电化学氧化法、Fenton氧化法、臭氧氧化法、光催化氧化法等方法对水中高稳定性、高毒性有机污染物的去除尤为有效，已经逐渐成为国内外高校及科研机构研究的方向之一。光催化氧化法是高级氧化技术中的一种，它是指通过照射半导体光催化剂，使其价带上的电子受到激发后跃迁到导带，并分别在价带和导带上形成光生空穴和电子，在水中产生氧化能力极强的羟基自由基，从而将污染物氧化降解。以取之不尽、用之不竭的太阳能为动力发展起来的光催化技术在污染治理技术领域和能源开发方面的研究非常活跃。许多用其他方法难以去除的有机污染物，如氯仿、邻苯二甲酸酯、多氯联苯等都可以利用该技术去除，并且去除率可达100％。因此，作为光催化技术的核心部分高活性的光催化剂的研发，自然而然的成为很多科研人员研究的热点之一。

众所周知，TiO₂作为光催化剂具有高催化活性、较强的光稳定性以及无毒等优点。但是针对如何提高改性TiO₂尤其金红石相TiO₂作为光催化剂的光催化活性方面，有文献报道金红石相的TiO₂与CuS复合起来形成具有异质结作光催化剂，可以在一定程度上弥补单一半导体材料的不足，提高光催化活性；然而，仍不能满足光催化活性需求。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种钛酸锶/二氧化钛复合纳米纤维及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种SrTiO₃/TiO₂复合纳米纤维，所述复合纳米纤维直径为180～220nm，长径比为80～100，，由金红石相的TiO₂单晶和SrTiO₃单晶组成，SrTiO₃单晶与TiO₂单晶形成异质结。

一种钛酸锶/二氧化钛复合纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：

(1)将2.2g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)分散到8ml N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和2ml冰醋酸组成的混合溶液中，分散均匀后，获得均一稳定的透明溶液；加入2g钛酸四丁酯，分散均匀后，加入15.9mg乙酸锶，分散均匀，形成均一稳定的纺丝液。

(2)利用步骤1制备的纺丝液进行纺丝，并通过铝箔滚筒接收器接收，获得纤维前驱体；其中，喷头口径为0.5mm，流速为0.6ml/h。纺丝电压为15kV，针头和接地的铝箔滚筒接收器之间距离15cm，静电纺丝过程中的环境湿度为40％以下；

(3)将纤维前驱体先经过80℃干燥6h，然后再以5℃/min升温速率升至700℃，保持此温度烧结2h，获得SrTiO₃/TiO₂复合纳米纤维。

本发明的有益效果在于：本发明通过一步法实现了SrTiO₃与金红石相TiO₂之间异质结的构建，提高金红石相TiO₂光催化活性，太阳光利用率有效提高，在光催化反应过程中光生电子-空穴的寿命长。另一方面，通过700℃烧结，纤维长径比达到80～100，大大地拓宽了光催化材料在各个领域中的应用。