電紡碳納米纖維及其復(fù)合材料的制備與性質(zhì)研究.pdf

1、碳纖維(CFs)具有高強(qiáng)度、高模量、低密度的特點(diǎn)，它耐高溫、耐腐蝕，具有很好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能；利用靜電紡絲技術(shù)制備的碳納米纖維具有獨(dú)特的一維納米結(jié)構(gòu)和極高的長徑比。這些優(yōu)異的特性使得碳纖維的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，同時，以碳纖維為載體制備納米復(fù)合材料也成為一項(xiàng)重要的研究方向。
　　 金屬氧化物半導(dǎo)體光催化劑作為一項(xiàng)綠色技術(shù)，已經(jīng)引起了越來越多的關(guān)注。它們被廣泛的應(yīng)用于處理環(huán)境污染，降解空氣和水中的有機(jī)污染物。當(dāng)一定能量的光照射到半導(dǎo)體

2、表面時，半導(dǎo)體吸收光子，價帶上的電子受到激發(fā)，躍遷到導(dǎo)帶，從而在價帶上留下帶正電的空穴，產(chǎn)生的電子一空穴對是光催化反應(yīng)的重要因素，因此減緩光生電子和空穴的再結(jié)合，可以使催化劑的光催化活性增強(qiáng)。氧化鋅(ZnO)是一個重要的多功能n型半導(dǎo)體，具有高的帶隙能，因此它們被認(rèn)為是理想的光催化材料。
　　 本文通過靜電紡絲技術(shù)制備了聚丙烯腈(PAN)納米纖維，再經(jīng)過預(yù)氧化過程和碳化過程制得碳納米纖維(CNFs)。在整個制備過程的不同階段取樣

3、，進(jìn)行跟蹤檢測，得出PAN基碳纖維制備過程中的微觀變化，碳纖維的形成有四個重要階段，分別是PAN原絲的制備、預(yù)氧化過程、600℃之前的低溫碳化過程中和600℃之后的高溫碳化過程。制得的碳纖維表面化學(xué)活性低，將其浸泡在濃硝酸中，進(jìn)行表面活化處理，使其表面出現(xiàn)羥基和羧基等多種官能團(tuán)，由于這些官能團(tuán)的出現(xiàn)，碳纖維由超疏水材料轉(zhuǎn)變成親水材料。經(jīng)過表面活化的碳纖維作為催化劑載體，這些表面官能團(tuán)為催化劑在碳纖維上的生長提供活性位點(diǎn)。
　　

4、將上述制得的碳納米纖維作為載體材料，分別通過水熱法和氣相輸運(yùn)法，制備CNFs/ZnO復(fù)合納米材料。通過水熱法制得的復(fù)合材料，ZnO形貌為納米粒子，其粒徑為29nm左右；而通過水熱法制得的復(fù)合材料，ZnO形貌為納米棒，其粒徑為35nm左右。然后將氣相輸運(yùn)法制得的復(fù)合材料做光催化研究，在紫外燈照射下降解羅丹明B的水溶液，光催化性能研究表明，CNFs/ZnO復(fù)合材料具有高的光催化活性。碳納米纖維具有一維納米結(jié)構(gòu)，比表面積高，它對催化劑起到固定