[发明专利]一种毛刺状碳复合二氧化钛纳米纤维及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种毛刺状碳复合二氧化钛纳米纤维及其制备方法和用途，将钛源和高分子溶于含酸的醇溶液中进行电纺，得到的电纺纤维膜预氧化后进行碳化得到碳复合TiO₂纳米纤维，然后利用酸对碳复合TiO₂纳米纤维进行表面处理，在浓碱下进行水热反应后进行离子交换，最后再次煅烧得到毛刺状碳复合TiO₂纳米纤维。合成的纳米纤维由TiO₂和无定形碳组成，形貌为毛刺状，比表面积大。本发明采用电纺和水热相结合的方法，具有制备条件温和、操作工艺简单、成本较低、环境友好，所制备的纤维尺寸均匀、比表面积大的特点，有利于其在能量转换及储能领域、传感器、光(电)催化、吸附以及其他功能器件等领域的应用。

技术领域

本发明属于功能材料领域，涉及一种毛刺状碳复合二氧化钛纳米纤维及其制备方法和用途。

背景技术

TiO₂具有四种晶型：锐钛矿、金红石、板钛矿和TiO₂-B。纳米TiO₂具有独特的光催化性、优异的颜色效应以及结构稳定性，在化妆品、功能陶瓷、能量转换及储能领域、传感器、光(电)催化、吸附以及其他功能器件领域的应用越来越多。比如随着绿色能源汽车以及大型固定储能设备的出现，人们对电池的循环性能、倍率性能以及安全性能要求越来越高。作为一种价格低廉、环境友好的材料，TiO₂虽然理论比容量较低，但具有非常好的循环稳定性，可以提高电池的安全性能，因此在储能领域得到广泛研究。但TiO₂本身导电性差，限制了其倍率性能的发挥，而与导电材料碳复合是提高其电化学性能的有效方法。

纳米材料的性能与其形貌和比表面积密切相关。一维纳米材料如纳米纤维具有大的长径比以及独特的电子和离子的传输通道。制备一维纳米材料的方法有溶剂热法、水热法、静电纺丝静电纺丝和模板法等，其中静电纺丝是一种简便易量产的技术，被广泛用于制备各种功能纳米材料，水热法也是一种常用的制备各种形貌材料的技术。

然而，迄今为止，利用静电纺丝和水热联用的方法制备毛刺状碳复合TiO₂纳米纤维的工作尚未见报道，也没有专利和文献报道过利用静电纺丝和水热联用的方法制备毛刺状碳复合TiO₂纳米纤维。

发明内容

本发明的目的在于提供一种毛刺状碳复合二氧化钛纳米纤维及其制备方法和用途，该制备方法制得的碳复合TiO2纳米纤维呈毛刺状，分布均匀，比表面积大，具有良好的应用前景。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种毛刺状碳复合二氧化钛纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将高分子化合物和钛源溶于含酸的醇溶液中，搅拌得到均匀溶液；

步骤2，将步骤1得到的溶液进行电纺，得到电纺纤维膜；

步骤3，将电纺纤维膜预氧化；

步骤4，将预氧化的电纺纤维膜碳化，得到碳复合TiO₂纤维膜；

步骤5，将碳复合TiO₂纤维膜进行酸处理；

步骤6，将酸处理后的碳复合TiO₂纤维膜洗涤过滤，然后干燥；

步骤7，取步骤6的产物在碱溶液条件下进行水热反应；

步骤8，将步骤7制得的产物洗涤过滤，放入酸中进行离子交换；

步骤9，将步骤8制得的产物去掉酸后干燥并煅烧，即得到毛刺状碳复合TiO₂纳米纤维。