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多级结构静电纺聚酰亚胺杂化纳米纤维的制备及其性能研究

路芳  
【摘要】:近年来,静电纺技术已被公认为是一种简单有效的技术,用于制备具有可控的直径、高比表面积和高孔隙率的纳米纤维。基于静电纺纳米纤维可以作为基底材料来设计和构造具有异质结构的杂化纳米纤维,其提供了理想的性能,因而备受瞩目。得益于优异的结构和各组分之间的协同作用,杂化纳米纤维已经被广泛用于纳米级多功能传感元件,这些元件在储能系统、生物技术等方面至关重要,可以作为超级电容器和锂离子电池的电极材料、场效应晶体管和气体传感器,以及用于便携式电子产品和电动汽车。本论文提出来一种简单有效的方法在静电纺纳米纤维表面“种植”高质量的TiO2纳米棒,以PI-TiO2复合纤维为基底,分别负载银(Ag)纳米颗粒、ZIF-8纳米颗粒和g-C3N4纳米片,最终得到了具有多级结构的杂化纳米纤维材料,其更够高效降解有机染料,在水体净化等方面具有重要的应用价值。本文采用低温缩聚法合成聚酰胺酸(PAA)前驱体溶液,通过静电纺技术制备了PAA纳米纤维,通过高温酰亚胺化处理,得到PI纳米纤维。然后采用水热法,在PI纳米纤维表面负载TiO2纳米棒,制备PI-TiO2复合纳米纤维。将PI-TiO2样品浸入硝酸银溶液中,用紫外光还法原制备PI-TiO2@Ag。在紫外光照射120 min之后,PI-TiO2@Ag,对罗丹明B(RhB)的降解率约为97%,表明银纳米颗粒可以改善的TiO2的光催化性能。本文采用原位生长法在PI-TiO2上负载ZIF-8纳米颗粒,得到微观结构类似于沙棘状的PI-TiO2@ZIF-8杂化纳米纤维。在紫外光辐射90 min之后,PI和PI-TiO2样品对Rh B的光催化降解属于一级动力学反应,PI-TiO2@ZIF-8光催化降解反应表现出准一级动力学特征,PI-TiO2@ZIF-8对RhB的降解率约为98%,这种优异的光催化活性主要归因于TiO2纳米棒阵列与ZIF-8纳米颗粒之间建立了异质结构和TiO2与ZIF-8之间的协同作用。通过高温热解三聚氰胺,在PI-TiO2基底上负载g-C3N4之后,TiO2纳米棒阵列的结构可以完整地保留。PI-TiO2和PI-TiO2@g-C3N4两种杂化纳米纤维材料对罗丹明B有机染料的光催化降解反应均属于准一级动力学反应。可见光照射120分钟之后,PI-TiO2@g-C3N4对罗丹明B的降解率约为93%,其良好的光催化性能主要基于在高温热解过程中,TiO2纳米棒阵列与g-C3N4的界面处形成了稳定的异质结和它们之间的协同作用。


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