[发明专利]一种ZnO/CNF复合材料的制备方法和应用

说明书

本发明属于纳米材料制备技术领域，具体涉及一种ZnO/CNF复合材料的制备方法和应用。所述ZnO/CNF复合材料的制备方法，包括如下：(1)聚乙烯醇溶于水，形成聚乙烯醇水溶液；(2)搅拌条件下，将可溶性锌盐加入所述聚乙烯醇水溶液中，得到纺丝溶液；(3)将所述纺丝溶液进行静电纺丝，干燥，制得ZnO/CNF前驱体纳米纤维；(4)将所述ZnO/CNF前驱体纳米纤维，在N₂的条件下，进行煅烧，制得ZnO/CNF复合材料。本发明方法制备的ZnO/CNF复合材料复合性能好，ZnO能够均匀负载在CNF上，纤维粗细均匀稳定性好，且具有优异的光催化降解效率。

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，具体涉及一种ZnO/CNF复合材料的制备方法和应用。

背景技术

光催化氧化法是近几十年来发展起来的一种先进氧化技术，它是将特定光源(如紫外光)与催化剂(TiO₂、ZnO或CdS等)联合作用对有机废水进行降解处理的过程。与传统水处理技术中以污染物的分离、浓缩以及相转移等为主的物理方法相比，具有明显的节能、高效、污染物降解彻底等优点。

目前，光催化的材料以半导体氧化物为主，但受到工作温度较高的局限，而纳米结构材料由于能够降低工作温度，消耗更少的能量以及操作更安全等优势被广泛用于光催化的材料。

静电纺丝技术是运用高强电场将聚合物分子溶液或熔体喷射成超细纤维的一种技术。静电纺丝是目前唯一能够直接、连续制备聚合物纳米纤维的方法，在制备纳米纤维领域得到了广泛的应用，被认为是最简单有效的方法之一，已经用这种方法成功地制备了不同的纳米纤维。静电纺丝装置主要有四部分组成：直流高压电源、溶液供给装置、喷丝装置、接地接收装置。静电纺丝技术具有操作简单，可快速、大量、连续地制备微纳米纤维的特点。

目前ZnO/CNF复合材料纳米结构材料最主要的特征就是具有高的比表面积，使得催化降解效率更高。ZnO/CNF复合材料能实现各种复合材料的功能互补，拓宽应用领域。

纳米材料的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和界面效应使其具有一系列优异的电、磁、光、力学和化学等宏观效应。尤其在光催化、光电转化这一具有挑战性的领域，纳米半导体材料更将显示出它的特殊优势。半导体的光催化效应发现以来，一直引起人们的重视，原因在于这种效应在水质处理、有机物降解、失效农药降解等方面有重要的应用。近年来，人们一直致力于寻找光活性好、光催化效率高、价廉的材料，特别是对太阳光敏感的材料，以便利用光催化开发新产品，扩大应用范围。现阶段的主要工作致力于研发出新型的光催化材料。

ZnO/CNF复合材料纳米结构具有高比表面积有利于与光源的充分接触，对太阳光更敏感，大大提高了光活性、光催化效率。较之单纯的ZnO纳米纤维，ZnO/CNF复合材料活性更高且对催化降解效率更高。

针对现有技术，如Jingbo Mu发表的文章《High Photocatalytic Activity ofZnO-Carbon Nanofiber Heteroarchitectures》，将PAN采用静电纺丝法得到PAN纳米纤维，然后进行碳化制得碳纳米纤维，再通过水热法将醋酸锌和碳纳米纤维进行水热反应得到ZnO/CNFs，该方法操作复杂、生产成本高，且制备得的ZnO覆盖在碳纳米纤维表面，易于脱落，稳定性较差。如Shaojun Shi发表的文章《Solution blowing of ZnO nanoflake-encapsulated carbon nanofibers as electrodes for supercapacitors》，其采用吹扫的方法得到醋酸锌/PAN，煅烧后得到ZnO/CNF，该法不易实现工业化。