TiO2/聚合物杂化纳米纤维的制备及其应用

论文摘要

电纺丝技术是一种用来制备超细纤维的方法,该法成本低廉、简单易行。近十年来,电纺丝技术在理论研究和实验参数研究等方面都取得了较大的进展。由电纺丝技术制备的超细纤维,其直径至少比传统的纺丝工艺低1-3个数量级,因此,在增强复合材料、过滤系统、生物材料、催化、传感器、能源、光学和电学器件等方面都显示出巨大的应用潜力。对于单一聚合物的电纺已有较多研究报道,而自从将溶胶-凝胶过程引入电纺液的制备以后,得到了一系列无机氧化物、无机/聚合物纳米纤维,极大的拓宽了电纺的应用范围。本文选用钛酸四正丁酯（TBT）作为制备TiO2的前驱体,分别与聚丙烯腈（PAN）和聚偏氟乙烯-六氟丙稀（P（VdF-HFP））共混,然后电纺得到TiO2/聚合物杂化纳米纤维,分别应用于光催化反应和锂离子电池。1.将钛酸四正丁酯与聚乙烯吡咯烷酮（PVP）混合,电纺得到TiO2/PVP杂化纳米纤维。将这种纤维溶剂处理,然后在空气中下以450℃煅烧除去PVP,得到直径为100300nm的TiO2纳米纤维,由X射线衍射分析了TiO2的晶型。这种TiO2纳米纤维膜35分钟内可催化降解水溶液（40mg/L）中80%以上的甲基蓝。2.将钛酸四正丁酯与聚丙烯腈混合,电纺得到TiO2/PAN杂化纳米纤维,然后在氮气流下450℃煅烧,由于PAN关环反应成预氧化丝,得到TiO2/预氧丝纳米纤维,并且这种预氧丝的存在使TiO2纳米纤维的韧性增强,而不影响TiO2的光催化效果。3.以二甲基乙酰胺（DMAc）/丙酮为溶剂,电纺出聚偏氟乙烯-六氟丙稀（P（VdF-HFP））纳米纤维,讨论了聚合物浓度对纳米纤维的影响,得出以13%质量百分比浓度的最佳浓度。将这种真空干燥后的纳米纤维膜浸取LiPF6/EC-DMC-EMC电解液,得到微孔凝胶聚合物电解质（MGPE）膜,发现室温离子电导率达到1.47×10-3s/cm,锂离子迁移数达到0.84。4.以DMAc/丙酮为溶剂,在P（VdF-HFP）的溶液中加入TBT,电纺得到TiO2/P（VdF-HFP）杂化纳米纤维膜。由这种纤维膜得到的微孔凝胶聚合物电解质膜的电化学性能（特别是低温性能）得到改善。通过对比两种聚合物电解质膜的形貌与成份,讨论了影响离子电导率与锂离子迁移数的一些因素。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 静电纺丝技术的研究进展
• 1.1.1 电纺法简介
• 1.1.2 电纺的过程与机理
• 1.1.3 电纺聚合物的研究进展
• 1.1.4 电纺聚合物纳米纤维的应用
• 2 多孔膜的研究现状'>1.2 TiO₂多孔膜的研究现状
• 1.3 P（VdF-HFP）基聚合物电解质膜的研究现状
• 1.4 论文的选题依据和研究思路
• 1.4.1 论文的选题依据
• 1.4.2 论文的研究思路
• 2纳米纤维的制备与光催化性能'>第二章 TiO₂纳米纤维的制备与光催化性能
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 仪器和试剂
• 2 纳米纤维膜的制备'>2.2.2 TiO₂纳米纤维膜的制备
• 2 纳米纤维膜的表征'>2.2.3 TiO₂纳米纤维膜的表征
• 2 纳米纤维膜光催化性能测试'>2.2.4 TiO₂纳米纤维膜光催化性能测试
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 影响电纺纤维的因素
• 2 纳米纤维形貌的影响'>2.3.2 煅烧前处理对TiO₂纳米纤维形貌的影响
• 2 纳米纤维膜的FT-IR 分析'>2.3.3 TiO₂ 纳米纤维膜的FT-IR 分析
• 2 纳米纤维膜的XRD 分析'>2.3.4 TiO₂ 纳米纤维膜的XRD 分析
• 2 纳米纤维膜的催化性能研究'>2.3.5 TiO₂纳米纤维膜的催化性能研究
• 2.4 小结
• 2/PAN 杂化纳米纤维的制备与光催化性能'>第三章 TiO₂/PAN 杂化纳米纤维的制备与光催化性能
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 仪器和试剂
• 2/PAN 杂化纤维多孔膜的制备'>3.2.2 TiO₂/PAN 杂化纤维多孔膜的制备
• 2/PAN 杂化纤维多孔膜的表征'>3.2.3 TiO₂/PAN 杂化纤维多孔膜的表征
• 2/PAN 预氧丝杂化纤维多孔膜光催化性能测试'>3.2.4 TiO₂/PAN 预氧丝杂化纤维多孔膜光催化性能测试
• 3.3 结果与讨论
• 2/PAN 纤维多孔膜的形貌'>3.3.1 TiO₂/PAN 纤维多孔膜的形貌
• 2/PAN 杂化纤维膜的晶相分析'>3.3.2 TiO₂/PAN 杂化纤维膜的晶相分析
• 2/PAN 预氧丝杂化纤维膜纤维膜的催化性能研究'>3.3.3 TiO₂/PAN 预氧丝杂化纤维膜纤维膜的催化性能研究
• 3.4 小结
• 第四章 P（VdF-HFP）纤维微孔膜的制备与性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 仪器和试剂
• 4.2.2 P（VdF-HFP）纤维微孔膜的制备
• 4.2.3 P（VdF-HFP）纤维微孔膜的表征
• 4.2.4 MGPE 膜的电化学性能测试
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 P（VdF-HFP）纤维微孔膜的的表面形貌
• 4.3.2 微孔膜孔隙率的测定
• 4.3.3 MGPE 膜的离子电导率
• 4.3.4 MGPE 膜的锂离子迁移数
• 4.4 小结
• 2/P（VdF-HFP）杂化纤维微孔膜的制备与性能研究'>第五章 TiO₂/P（VdF-HFP）杂化纤维微孔膜的制备与性能研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 仪器和试剂
• 2 / P（VdF-HFP）杂化纤维微孔膜的制备'>5.2.2 TiO₂ / P（VdF-HFP）杂化纤维微孔膜的制备
• 2 /P（VdF-HFP）杂化纤维微孔膜的表征'>5.2.3 TiO₂/P（VdF-HFP）杂化纤维微孔膜的表征
• 5.2.4 MGPE膜的电化学性能测试
• 5.3 结果与讨论
• 2 /P（VdF-HFP）杂化纤维微孔膜的微观形貌'>5.3.1 TiO₂/P（VdF-HFP）杂化纤维微孔膜的微观形貌
• 5.3.2 微孔膜的孔隙率
• 2 /P（VdF-HFP）杂化纤维膜的结晶度'>5.3.3 TiO₂/P（VdF-HFP）杂化纤维膜的结晶度
• 5.3.4 MGPE膜的离子电导率与迁移数
• 5.3.5 MGPE膜的离子电导率与温度的关系
• 5.4 小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文情况