静电纺丝法制备TiO2/ZnO复合纳米纤维

李晓梅，王可欣，袁 玫

(东北师范大学，吉林长春 130024)

纳米材料在当今的信息时代正占据主导地位，并发挥革命性的作用。电纺技术具有设备简单、操作容易、可制备材料种类繁多及工艺可控等优点，目前已成为制备一维功能纳米纤维材料的有效方法［1-2］。并且由此得到的一维功能纳米纤维材料具有高的比表面积、催化效果好、回收率高等优点。纳米结构的半导体金属氧化物在紫外光照射下可以有效的降解多种有机污染物。TiO2作为一种良好的光催化剂具有无毒、化学性质稳定等优点，然而，由于光生电子与空穴的复合速度过快所导致的低量子效率，使其在实际应用中受到很大限制［3-4］。研究发现，TiO2与半导体异质结构的复合由于其拓宽的光响应范围和增强的光生电子与空穴分离效率，可以明显的增强光催化活性。因此主要工作就是将能带结构相似的TiO2与ZnO进行复合，利用静电纺丝的方法制备TiO2与ZnO的复合纳米纤维。

1 试验方法

1.1 前驱体溶液的配置

(1)TiO2∶ZnO=1∶1

向清洁的锥形瓶中加入4 mL乙醇、8 mL N-N二甲基甲酰胺、1.7 mL钛酸丁酯、1.1 g乙酸锌、0.7 g高分子聚乙烯吡咯烷酮(Mn=900 000)，在室温下利用磁力搅拌器搅拌均匀。

(2)TiO2∶ZnO=3∶2

向清洁的锥形瓶中加入5 mL乙醇、10 mL N-N二甲基甲酰胺、2.04 mL钛酸丁酯、0.87 g乙酸锌、1.6 g高分子聚乙烯吡咯烷酮(Mn=900000)，在室温下利用磁力搅拌器搅拌均匀。

(3)TiO2∶ZnO=2∶3

向清洁的锥形瓶中加入4 mL乙醇、8 mL N-N二甲基甲酰胺、1.36 mL钛酸丁酯、1.31 g乙酸锌、1.5 g高分子聚乙烯吡咯烷酮(Mn=900000)，在室温下利用磁力搅拌器搅拌均匀。

1.2 静电纺丝

利用静电纺丝技术，取适量的TiO2/ZnO前驱体溶液于注射器中，并将金属电极探入前端针头内，调节注射器倾斜角大约与水平面成45°，纺丝电压为10 kV，接收距离为10 cm。一段时间后，在收集板上可获得致密的复合纳米纤维。

1.3 煅烧

将所得样品放入马弗炉内，控制炉子以25℃/h升温至300℃，然后以20 min升10℃升至520℃，在此温度下保温2 h。

1.4 表征

(1)利用扫描电镜对所得样品形貌进行表征。

由此可见，所得的不同比例的纳米纤维中其比例对其形貌影响很大，当其二者以1∶1混合时可以得到粗细均匀的纳米纤维，以3∶2混合时粗细不均，以2∶3混合时粗细不均且有较大的差异;就其光滑程度而言，由图1可见，当比例为1∶1时最为光滑。

图1 样品的扫描电镜图

(2)对样品进行XRD测量

图2 样品的XRD图

如图2所示，自下往上依次为ZnO、TiO2、比例分别为1∶1、3∶2、2∶3的TiO2/ZnO复合米纤维。仔细对照下面的两个标准对照上面的可以发现，ZnO、TiO2的特征峰在上面氧化物中还是存在的，不过可能由于在马弗炉里煅烧时还残留了一部分的碳，导致有些图像的有些地方的衍射峰不能显现出来。由此可以说明，所得的复合纳米纤维材料确实是由TiO2/ZnO复合而成的。且比例为1∶1为最佳比例。

为探究煅烧温度对材料形成的影响，将所得到的材料在800℃的高温下进行退火，并测其XRD。结果见图3。

图3 样品的XRD图

如图3所示，对TiO2∶ZnO=1∶1的样品进行不同时长的高温退火，特征峰不会有偏移等现象，只是将样品中残留的碳元素除净［5］。

2 结 论

成功制备了不同比例的TiO2/ZnO复合纳米材料，并且就其外观形貌与光滑度而言当其比例为1∶1时为最佳，此种复合纳米纤维可能具有良好的光催化等性能有待进一步研究。

［1］Wang C，Shao C，Zhang X，et al.SnO2nanostructures-TiO2nanofibers heterostructures:Controlled fabrication and high photocatalytic properties［J］.Inorg Chem 2009，48(15):7261-7268.

［2］肖湘衡，赵新月.纳米阵列时可控制技术在实验教学中的开展［J］.大学物理实验，2013(1):52-54.

［3］Wang C，Zhao J，Wang X，et al.Preparation，characterization and photocatalytic activity of nano-sized ZnO/SnO2coupled photocatalytsts［J］.Appl Catal B，2012，39(3):269-279.

［4］郑改革，赖敏，林华军.金一二氧化钛复合薄膜的制备及局域表面等离子体共振［J］.大学物理实验，2012(2):1-3.

［5］Shao C，Yang X，Guan H，et al.Electrospun nanofibers of NiO/ZnO composite［J］.Inorg ChemCommun，2011，7(5):625-627.