[发明专利]一种柔性压电光催化纳米纤维的原位制备方法

说明书

本发明公开了一种柔性压电光催化纳米纤维的原位制备方法，具体按照以下步骤实施：经静电纺丝和煅烧得到表面光滑晶粒尺寸小的柔性无机纤维，纤维表面通过表面活性剂作用干燥后形成均匀孤岛状结构，利用原位生长最终得到中间光催化剂表面孤岛状压电片的复合柔性压电光催化纤维。本发明获得了一种具有良好力学性能和稳定性的柔性无机压电光催化纳米纤维，在后续外加载荷作用时其耐久性更强，循环次数更多，在污水处理、空气净化、抗菌杀毒、光分解水制氢等领域有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于复合纤维制备技术领域，涉及一种柔性压电光催化纳米纤维的原位制备方法。

背景技术

环境污染和清洁能源短缺，逐渐成为威胁人类文明可持续发展的重要原因引起全球学者的广泛关注。半导体光催化剂不仅能利用太阳能在室温下将水分解产生清洁能源氢能，降解有害物质，在能源及环境领域也呈现广阔的前景，有望解决全球能源和环境问题。但是目前半导体光催化技术存在的主要问题之一是光催化效率较低，而光生载流子的分离效率是决定光催化剂活性的关键因素之一。为了促进光生电子-空穴对的分离，学者开发了很多改性的方法如在半导体表面负载贵金属、构筑异质结等，近年来有研究者发现将压电材料与光催化剂耦合，在借助外部环境中的能量，可以使压电材料受到外力作用时产生压电效应，从而在材料内部形成内建电场，加速光生电子-空穴对的分离，提高光催化反应效率。压电光催化是实现优异催化性能的有效方法之一，但是压电光催化剂通常需要超声等高能耗条件，从而限制了实际应用和进一步发展。因此，有关压电光催化性能得新材料设计研究具有重要得科学意义。

通过静电纺丝技术与原位生长法将压电材料和光催化材料相结合，制备无机柔性压电光催化复合纤维。压电材料与光催化剂结合界面处可以通过压电效应产生的压电场促进光生载流子的分离，提高催化效率。然而，目前复合无机光催化材料普遍存在脆性大、易断裂等缺点，从宏观上看主要表现为碎片和粉末形式，在液相悬浮体系光催化剂中仍会面临易团聚、难回收等问题，同时压电材料的复合界面数量也有限，这些问题都严重限制了复合压电光催化剂的实际应用。因此提高复合界面的数量同时保证其柔韧性能，显得格外重要。

中国专利《柔性钇稳定氧化锆纳米纤维膜的制备方法》(申请号：CN201811575756.3，授权号：CN109465004 A，公告日：2019.03.15)公开了一种柔性钇稳定氧化锆纳米纤维膜的制备方法。制备方法包含配制静电纺丝前驱体溶液；对前驱体溶液进行均质、分散处理；高温煅烧后自然冷却至室温,制得柔性钇稳定氧化锆纳米纤维膜。本发明实现重复使用,该纤维膜材料可实现对有机染料的有效降解,有望应用在污水处理等领域。其是单一的ZrO₂纳米纤维存在太阳光利用率低、量子效率低等的问题。

中国专利《一种柔性压电纳米纤维膜及其制备方法和应用》(申请号：CN201810097765.X，授权号：CN108251971 A，公告日：2018.07.06)该柔性压电纳米纤维膜的制备方法利用静电纺丝的方法在PVDF的纤维中掺杂ZnO纳米颗粒修饰PVDF纤维，提高了最终柔性压电纳米纤维膜的压电性能。PVDF是一种有机压电材料，光催化活性差，其制备的复合纤维压电光催化活性较弱。