论文部分内容阅读
随着多孔二氧化钛材料在太阳能电池、光催化等领域的广泛应用，其制备方法获得较快发展，例如“自上而下”的模板方式和“自下而上”的自组装方式，但到目前为止，仍然缺乏获得“贯穿”、“可控”、“阶层式”和“高强度”多孔二氧化钛材料的有效方法。针对这些问题，我们将上述两种策略进行有机结合，即:采用“自上而下”的静电纺丝构建来自纺丝纤维之间的微米孔，利用“自下而上”的嵌段共聚物微相分离（或高分子共混物相分离）构建每根纤维内部的纳米孔，成功制备了结构新颖的二氧化钛纳米纤维，基于该纤维的无纺布表现出如下特性:第一，阶层式贯穿多孔存在导致的高比表面积（如雪茄状结构对应的比表面积为384m2/g）;第二，二氧化钛纤维特殊结构赋予的自支撑特性;第三，在锂离子电池和乙醛降解中表现出的良好电化学和光催化性能。通过实验条件（如纺丝参数和溶液组成等）的调节，实现了对无纺布结构（包括纤维之间以及纤维内部）的全面控制。本论文主要借助电镜（SEM和TEM）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱(XPS)以及小角X光散射(SAXS)等实验手段研究了经纺丝——退火——煅烧所制得二氧化钛纤维的结构和形成机理，并探究了其力学、电化学以及光催化等方面的性能。 1.PS/PEO二元体系纺丝条件的探索:以临界组成（质量比为50/50）的PS/PEO共混体系为例，通过控制纺丝电压、纺丝射流、溶液浓度等静电纺丝参数，研究了纺丝条件与高分子纤维结构之间的关系;在所得PS/PEO复合纤维中，其内部主要是PS富集相，而外部主要是PEO富集相; 2.PS/PEO/TTIP纺丝制备TiO2纳米纤维:以上述结果为基础，采用PS/PEO/TTIP（异丙醇钛，二氧化钛前驱体）三元体系，通过静电纺丝成功制备中空TiO2纳米纤维;DSC结果显示，引入的TTIP选择性地分散在PEO相，高分子/TTIP复合纤维经高温煅烧，PS相和PEO相被去除，同时，TTIP转变为TiO2，由此形成了具有中空结构的TiO2纳米纤维;由这些纤维构成的无纺布能够自支撑，并在乙醛降解中显示了较好的紫外光催化能力; 3.PS-b-PEO/TTIP纺丝制备TiO2纳米纤维:通过结合嵌段共聚物的自组装和静电纺丝技术，我们成功制备出一种新颖的带有外壳和内部连续孔隙的雪茄状TiO2纳米纤维;基于这种纤维的无纺布具有较高的比表面积、优异的力学性能，并在锂离子电池中表现出较好的电化学性能; 4.雪茄状TiO2纤维的结构控制与光催化性能研究:通过调节纺丝参数和纺丝溶液组成，研究了TiO2纳米纤维及对应无纺布的结构控制;结果表明，前者（如纺丝所用溶剂）可以系统控制纤维的直径和成纤性，而后者（如PS嵌段和PEO嵌段以及与TTIP的比例）可以主动调控雪茄状结构的外壳和内部结构;基于此，我们通过两类手段，在两个尺度上实现了对该阶层式多孔二氧化钛结构的完全控制;进而以乙醛降解为例，研究了所得TiO2无纺布的紫外光催化能力。