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纳米技术与生物技术、信息技术一起被列为21世纪的三大关键技术,随着纳米科技研究的不断深入,纳米线、纳米管、纳米带、同轴纳米电缆等一维纳米结构材料由于其有序阵列而具有独特的性能,在电池和电极材料、化学及生物传感、纳米电子器件、过滤器、环境清洁、生物医药以及催化等领域起着重要的作用,具有潜在的应用价值。静电纺丝技术具有成本低廉、操作简便、合成步骤少,可重复性好,材料尺寸可控、组装无机组分体系、合成过程绿色环保等优势,是制备一维纳米材料的重要方法。发展静电纺丝技术,不断创新、开发与信息、生物技术、能源、环境、先进制造技术和国防的高速发展相适应的一维纳米新材料、新产品,将具有十分重要意义。 本论文中将静电纺丝技术应用到一维功能性纳米材料的制备中,通过采用同轴静电纺丝技术,制备了单壁纳米管、同轴双壁纳米管、同轴纳米电缆、三层同轴纳米电缆等一维结构的纳米材料,系统研究了材料的结构、光催化及电化学性能,对其形成机理进行了分析,获得了一些新颖而有价值的研究结果,为新型一维纳米材料的制备和性能研究奠定了一定的基础。 1.通过设计并制作同轴二层喷嘴,采用静电纺丝技术制备了TiO2纳米管、CeO2纳米管,用现代分析测试技术对样品进行了表征。结果表明,所得纳米管直径约为270~920nm、管壁厚度约为80~200nm。对纳米管的形成机理进行了分析。研究了对罗丹明B溶液的光催化性能,管式结构纳米材料较高的催化活性无疑是光催化应用的最佳选择。考察了TiO2纳米管的电化学性能,为进一步研究一维纳米电极材料奠定了一定基础。该方法可用于制备其他一维管式无机纳米材料。 2.通过同轴二层喷嘴,采用静电纺丝技术合成了ZnO@CeO2同轴纳米电缆,壳层为CeO2,芯层为ZnO,电缆直径约为80~90nm、芯层直径约为54~60nm、壳层厚度约为13~15nm。对ZnO@CeO2纳米电缆的形成机理进行了分析。研究了对罗丹明B溶液的光催化性能。ZnO@CeO2纳米电缆具有较高的光催化活性,是获得高效光催化剂的有效途径之一。 3.通过设计并制作同轴三层喷嘴,采用静电纺丝技术成功构筑了SiO2@ZnO@SiO2、SiO2@Zn2SiO4@SiO2和ZnO@SnO2@TiO2三层同轴纳米电缆。电缆直径约为680~730nm、芯层直径约为190~270nm、中间夹层厚度约为75~120nm、壳层厚度约为90~170nm。对三层同轴纳米电缆形成机理进行了分析。研究了SiO2@ZnO@SiO2三层同轴纳米电缆的电学性质,SiO2@ZnO@SiO2三层同轴纳米电缆具有更好的绝缘性能。首次研究了ZnO@SnO2@TiO2三层同轴纳米电缆的半导体光催化性能,讨论了ZnO@SnO2@TiO2三层同轴纳米电缆的光催化机理。ZnO@SnO2@TiO2三层同轴纳米电缆对罗丹明B的光催化活性优于单一组分和双组分纳米纤维的光催化性能。该研究为获得新型复合半导体光催化剂提供了新方法。 4.首次通过同轴三层喷嘴,采用静电纺丝技术合成了TiO2@SiO2、SnO2@TiO2、ZnO@TiO2和ZnTiO3@TiO2同轴纳米管,直径约为380~680nm、管内壁厚度约为40~110nm、管外壳厚度约为30~100nm。对同轴纳米管的形成机理进行了分析。首次研究了TiO2@SiO2,SnO2@TiO2,ZnO@TiO2和ZnZiO3@TiO2同轴纳米管对罗丹明B溶液的光催化性能,结果表明,同轴纳米管具有优异的光催化性能。该研究建立了制备同轴双壁纳米管的简单方法,可用于制备其他一维多壁管式无机纳米材料,同时为新型光催化剂的制备和性能研究提供了一条新的途径。