李曉梅，王可欣，袁 玫

(東北師范大學，吉林長春 130024)

納米材料在當今的信息時代正占據主導地位，并發(fā)揮革命性的作用。電紡技術具有設備簡單、操作容易、可制備材料種類繁多及工藝可控等優(yōu)點，目前已成為制備一維功能納米纖維材料的有效方法［1-2］。并且由此得到的一維功能納米纖維材料具有高的比表面積、催化效果好、回收率高等優(yōu)點。納米結構的半導體金屬氧化物在紫外光照射下可以有效的降解多種有機污染物。TiO2作為一種良好的光催化劑具有無毒、化學性質穩(wěn)定等優(yōu)點，然而，由于光生電子與空穴的復合速度過快所導致的低量子效率，使其在實際應用中受到很大限制［3-4］。研究發(fā)現(xiàn)，TiO2與半導體異質結構的復合由于其拓寬的光響應范圍和增強的光生電子與空穴分離效率，可以明顯的增強光催化活性。因此主要工作就是將能帶結構相似的TiO2與ZnO進行復合，利用靜電紡絲的方法制備TiO2與ZnO的復合納米纖維。

1 試驗方法

1.1 前驅體溶液的配置

(1)TiO2∶ZnO=1∶1

向清潔的錐形瓶中加入4 mL乙醇、8 mL N-N二甲基甲酰胺、1.7 mL鈦酸丁酯、1.1 g乙酸鋅、0.7 g高分子聚乙烯吡咯烷酮(Mn=900 000)，在室溫下利用磁力攪拌器攪拌均勻。

(2)TiO2∶ZnO=3∶2

向清潔的錐形瓶中加入5 mL乙醇、10 mL N-N二甲基甲酰胺、2.04 mL鈦酸丁酯、0.87 g乙酸鋅、1.6 g高分子聚乙烯吡咯烷酮(Mn=900000)，在室溫下利用磁力攪拌器攪拌均勻。

(3)TiO2∶ZnO=2∶3

向清潔的錐形瓶中加入4 mL乙醇、8 mL N-N二甲基甲酰胺、1.36 mL鈦酸丁酯、1.31 g乙酸鋅、1.5 g高分子聚乙烯吡咯烷酮(Mn=900000)，在室溫下利用磁力攪拌器攪拌均勻。

1.2 靜電紡絲

利用靜電紡絲技術，取適量的TiO2/ZnO前驅體溶液于注射器中，并將金屬電極探入前端針頭內，調節(jié)注射器傾斜角大約與水平面成45°，紡絲電壓為10 kV，接收距離為10 cm。一段時間后，在收集板上可獲得致密的復合納米纖維。

1.3 煅燒

將所得樣品放入馬弗爐內，控制爐子以25℃/h升溫至300℃，然后以20 min升10℃升至520℃，在此溫度下保溫2 h。

1.4 表征

(1)利用掃描電鏡對所得樣品形貌進行表征。

由此可見，所得的不同比例的納米纖維中其比例對其形貌影響很大，當其二者以1∶1混合時可以得到粗細均勻的納米纖維，以3∶2混合時粗細不均，以2∶3混合時粗細不均且有較大的差異;就其光滑程度而言，由圖1可見，當比例為1∶1時最為光滑。

圖1 樣品的掃描電鏡圖

(2)對樣品進行XRD測量

圖2 樣品的XRD圖

如圖2所示，自下往上依次為ZnO、TiO2、比例分別為1∶1、3∶2、2∶3的TiO2/ZnO復合米纖維。仔細對照下面的兩個標準對照上面的可以發(fā)現(xiàn)，ZnO、TiO2的特征峰在上面氧化物中還是存在的，不過可能由于在馬弗爐里煅燒時還殘留了一部分的碳，導致有些圖像的有些地方的衍射峰不能顯現(xiàn)出來。由此可以說明，所得的復合納米纖維材料確實是由TiO2/ZnO復合而成的。且比例為1∶1為最佳比例。

為探究煅燒溫度對材料形成的影響，將所得到的材料在800℃的高溫下進行退火，并測其XRD。結果見圖3。

圖3 樣品的XRD圖

如圖3所示，對TiO2∶ZnO=1∶1的樣品進行不同時長的高溫退火，特征峰不會有偏移等現(xiàn)象，只是將樣品中殘留的碳元素除凈［5］。

2 結 論

成功制備了不同比例的TiO2/ZnO復合納米材料，并且就其外觀形貌與光滑度而言當其比例為1∶1時為最佳，此種復合納米纖維可能具有良好的光催化等性能有待進一步研究。

［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，趙新月.納米陣列時可控制技術在實驗教學中的開展［J］.大學物理實驗，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］鄭改革，賴敏，林華軍.金一二氧化鈦復合薄膜的制備及局域表面等離子體共振［J］.大學物理實驗，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.