一种石墨炔掺杂的纳米TiO2纤维及其制备方法与流程

本发明涉及一种掺杂材料，属于电极材料，具体涉及一种石墨炔掺杂的纳米tio2纤维及其制备方法。

背景技术：

1、随着工业化进程和规模化生产的扩大，环境污染尤其是水污染日益严重，阻碍了社会可持续发展；因此光催化效应的基础理论研究和开发高效的降解催化材料成为科研人员的关注重点。已知的光催化半导体材料有10多种，而最为常用和研究最为广泛的是二氧化钛，这是因为它具有良好的稳定性，较高的光催化活性，无毒，且性价比较高；但是，tio2作为光降解催化剂存在着以下问题：催化活性与材料的比表面积成正比，而比表面积太大则容易导致催化剂的团聚；禁带宽度为3.2ev，只能在波长387.5nm以下的紫外光才能将其激发。因此，如何提高tio2的光谱吸收能力成了工程应用中亟待解决的问题。为了提高tio2的光催化效率，目前常用的方法是对其进行掺杂，通过掺杂改性使tio2吸收能量较低的可见光，从而拓宽吸收光谱范围；另外，通过增大tio2半导体材料的比表面积提高光催化的反应效率。

技术实现思路

1、针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种石墨炔掺杂的纳米tio2纤维及其制备方法。为了解决tio2作为光降解催化剂存在着以下问题，本发明发明提供了一种高比容量、高稳定性的石墨炔掺杂的纳米tio2纤维复合材料，其在石墨炔上原位合成tio2形成掺杂，合成过程中石墨炔分散均匀，不易团聚，具有良好可控性。

2、为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：本发明本发明提供了一种石墨炔掺杂的纳米tio2纤维及其制备方法，包括如下步骤：

3、(1)称取聚丙烯腈溶解在n,n-二甲基甲酰胺中，混合均匀得到溶液a；

4、(2)称取钛酸四正丁酯加入冰乙酸中，混合均匀得到溶液b；

5、(3)称取氧化石墨炔分散在n,n-二甲基甲酰胺中，混合均匀分散液c；

6、(4)将溶液b加入到溶液a中混合均匀，再将分散液c滴加到混合液中，得到分散液d；

7、(5)将分散液d超声后进行静电纺丝，将得到的纺丝纤维用水和甲醇轮流冲洗，放入到管式电阻炉中干燥，即得到石墨炔掺杂的tio2纳米纤维。

8、进一步的，步骤(1)中以固液质量比为1:10-30的比例混合得到溶液a，优选为1:20-25；步骤(2)中所述的钛酸四正丁酯与溶剂混合的质量比为1:10-30；步骤(3)中所述的石墨炔与n,n-二甲基甲酰胺按1g:(10-100)ml的比例混合，优选为1g:(50-80)ml；步骤(4)中将分散液c滴加到溶液a和溶液b的混合液中时，温度为50-80℃，得到分散液d后搅拌混合0.5-2h；步骤(5)中，静电纺丝过程中两个电极之间距离为12-16cm，用注射泵控制液体喷射速率为0.2-2ml/h，优选0.5-1ml/h；步骤(5)中，干燥温度为520-540℃，干燥时间为1.5-2h。

9、本发明取得的有益效果如下：本发明利用tio2前驱体溶液和石墨炔混合，两者可以形成均匀的分散液，在石墨炔上原位合成tio2形成掺杂，再利用静电纺丝技术，使tio2与石墨炔相互作用均匀融合，制备出了纤维状的石墨炔掺杂tio2纳米材料，使石墨炔与tio2掺杂均匀，避免了传统的直接掺杂时高温受热过程中石墨炔团聚分散不均匀等造成的两者掺杂不均。

技术特征：

1.一种石墨炔掺杂的纳米tio2纤维及其制备方法，其特征在于：所述的一种石墨炔掺杂的纳米tio2纤维利用tio2前驱体溶液和石墨炔混合，两者可以形成均匀的分散液，在石墨炔上原位合成tio2形成掺杂，再利用静电纺丝技术，使tio2与石墨炔相互作用均匀融合，制备出了纤维状的石墨炔掺杂tio2纳米材料。

2.根据权利要求1所述的一种石墨炔掺杂的纳米tio2纤维及其制备方法，其特征在于：所述的一种石墨炔掺杂的纳米tio2纤维包含以下具体步骤：

3.根据权利要求2所述的一种石墨炔掺杂的纳米tio2纤维及其制备方法，其特征在于：所述的步骤(1)中以固液质量比为1:10-30的比例混合得到溶液a，优选为1:20-25。

4.根据权利要求3所述的一种石墨炔掺杂的纳米tio2纤维及其制备方法，其特征在于：所述的步骤(2)中所述的钛酸四正丁酯与溶剂混合的质量比为1:10-30。

5.根据权利要求4所述的一种石墨炔掺杂的纳米tio2纤维及其制备方法，其特征在于：所述的步骤(3)中所述的石墨炔与n,n-二甲基甲酰胺按1g:(10-100)ml的比例混合，优选为1g:(50-80)ml。

6.根据权利要求5所述的一种石墨炔掺杂的纳米tio2纤维及其制备方法，其特征在于：所述的步骤(4)中将分散液c滴加到溶液a和溶液b的混合液中时，温度为50-80℃，得到分散液d后搅拌混合0.5-2h。

7.根据权利要求6所述的一种石墨炔掺杂的纳米tio2纤维及其制备方法，其特征在于：所述的步骤(5)中，静电纺丝过程中两个电极之间距离为12-16cm，用注射泵控制液体喷射速率为0.2-2ml/h，优选0.5-1ml/h。

8.根据权利要求7所述的一种石墨炔掺杂的纳米tio2纤维及其制备方法，其特征在于：步骤(5)中，干燥温度为520-540℃，干燥时间为1.5-2h。

9.权利要求1-8任意一项所述的方法制备的一种石墨炔掺杂的纳米tio2纤维。

10.权利要求9所述的一种石墨炔掺杂的纳米tio2纤维作为电极材料的应用。

技术总结
本发明公开了电极材料技术领域的一种石墨炔掺杂的纳米TiO<subgt;2</subgt;纤维及其制备方法。本发明利用TiO<subgt;2</subgt;前驱体溶液和石墨炔混合，两者可以形成均匀的分散液，在石墨炔上原位合成TiO<subgt;2</subgt;形成掺杂，再利用静电纺丝技术，使TiO<subgt;2</subgt;与石墨炔相互作用均匀融合，制备出了纤维状的石墨炔掺杂TiO<subgt;2</subgt;纳米材料，使石墨炔与TiO<subgt;2</subgt;掺杂均匀，避免了传统的直接掺杂时高温受热过程中石墨炔团聚分散不均匀等造成的两者掺杂不均。

技术研发人员：姚权桐
受保护的技术使用者：苏州莹谷新材料科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14