CN109778352B - 一种静电纺丝原位还原制备的Ti4O7纳米纤维及其方法 - Google Patents
一种静电纺丝原位还原制备的Ti4O7纳米纤维及其方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109778352B CN109778352B CN201910055838.3A CN201910055838A CN109778352B CN 109778352 B CN109778352 B CN 109778352B CN 201910055838 A CN201910055838 A CN 201910055838A CN 109778352 B CN109778352 B CN 109778352B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electrostatic spinning
- pvp
- solution
- nano
- fiber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Nonwoven Fabrics (AREA)
- Spinning Methods And Devices For Manufacturing Artificial Fibers (AREA)
- Inorganic Fibers (AREA)
- Artificial Filaments (AREA)
Abstract
本发明公开了一种静电纺丝原位还原制备的Ti4O7纳米纤维及其方法，属于纳米材料制备技术领域；利用静电纺丝原位还原制备的Ti4O7纳米纤维平均直径约100nm，呈项链状结构，长度为50μm以上；Ti4O7纳米纤维的制备方法采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为纤维模板和碳源，钛酸丁酯为钛源；结合静电纺丝技术与热处理工艺，通过静电纺丝技术制得前驱体PVP/钛酸丁酯复合纳米纤维；将其进行热处理，碳源热分解产生C与钛源热分解生成TiO2，在一定条件下，两者原位还原制得Ti4O7纳米纤维；该Ti4O7纳米纤维具有形貌可控，颗粒尺寸小，比表面积大的特点；此外本发明所述制备方法工艺简单可行，过程可控性强，易于工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于纳米材料制备技术领域，特别涉及一种静电纺丝原位还原制备的Ti4O7纳米纤维及其方法。
背景技术
Ti4O7纳米纤维材料由于其具有优异的导电性、耐腐蚀性、电化学稳定性、绿色环保等优点，可作为一种极具应用前景的节能高效环保型陶瓷电极材料，可望应用于高性能超级电容器领域。目前Ti4O7常通过TiO2高温还原法制备，按还原剂的物相可分为以下两种方法：(1)固相还原法：碳黑作为还原剂和空间位阻剂，TiO2的还原程度受固相界面限制，较难获得单相 Ti4O7，其电导率受Ti4O7的含量和颗粒大小的影响。(2)气相还原法：由于还原性气体具有良好的扩散性可改善反应动力学行为从而缩短反应时间，但由于缺少固相碳作为位阻剂，在高温还原条件下，产物颗粒烧结严重，使Ti4O7颗粒较大、比表面积较小且形貌较难控制。
现有制备方法获得的Ti4O7颗粒尺寸大、比表面积小、形貌控制难和纯Ti4O7物相制备难，以及粉末状的Ti4O7在电极制作时因需要粘接剂和导电添加剂而易形成“死体积”阻断电子的传输和电解液向电极材料表面扩散，从而降低其电化学性能，这在一定程度上限制其在高性能超级电容器领域的应用。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种方法简单、形貌和颗粒尺寸可控、易于工业化生产的Ti4O7纳米纤维的静电纺丝原位还原制备方法。
本发明解决其技术问题所采用技术方案是：一种静电纺丝原位还原制备Ti4O7纳米纤维的方法，所述方法包括以下步骤：
S1：称取钛酸丁酯、EtOH、HAc，配制钛源溶液；称取PVP、EtOH，配制聚合物溶液，以聚合物PVP作为纳米纤维的模板及碳源；
S2：将S1中的钛源溶液加入聚合物溶液中，搅拌均匀配制成静电纺丝溶液；在静电纺丝溶液配制过程中，固定碳源含量，通过调节钛酸丁酯的添加量(0～1.5g)来调控其碳/钛的比例；
S3：将S2中配制的静电纺丝溶液进行静电纺丝，得到前驱体PVP/钛酸丁酯复合纳米纤维，即采用聚合物聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为模板和碳源，钛酸丁酯为钛源，得到前驱体PVP/钛酸丁酯复合纳米纤维；
S4：将前驱体PVP/钛酸丁酯复合纳米纤维进行烧结，得到Ti4O7纳米纤维。
优选的，在所述S1和S2中，在配制钛源溶液、聚合物溶液及静电纺丝溶液过程中，均需采用磁力搅拌，使溶液混合均匀，直至形成浅黄色澄清的静电纺丝溶液。
优选的，在所述S3中，将浅黄色澄清的静电纺丝溶液装入带有不锈钢针头的针筒内，并将其置于微量注射泵上固定，注射泵的给料速率为1～1.5mL/h，所述不锈钢针头连接高压电源，工作电压为8～12kV，作为收集前驱体PVP/钛酸丁酯复合纳米纤维的铝箔板接地设置，且保持铝箔板与不锈钢针头的工作距离为10～12cm。
优选的，在所述S4中，前驱体PVP/钛酸丁酯复合纳米纤维烧结的环境为真空气氛条件。
优选的，在所述S4中，前驱体PVP/钛酸丁酯复合纳米纤维在1100℃条件下烧结，在进行升温烧结过程中，500℃以下时，升温速率为5℃/min，500℃以上时，升温速率为 10℃/min，在低于500℃的时候升温的速率低，高于500℃的时候升温的速率高，该设计可在充分去除聚合物残余碳含量的同时保持前驱体的纤维形貌不被破坏，从而提高产品的品质。
优选的，在所述S4中，将烧结后的前驱体PVP/钛酸丁酯复合纳米纤维冷却至100℃以下出炉，即得到Ti4O7纳米纤维。
一种采用上述方法制备的Ti4O7纳米纤维，所述Ti4O7纳米纤维平均直径为100nm，呈项链状结构，长度大于50μm。
本发明的有益效果是：本发明的Ti4O7纳米纤维的静电纺丝原位还原制备方法，采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为模板和碳源，钛酸丁酯(钛酸丁酯)为钛源；结合静电纺丝技术与热处理工艺，通过静电纺丝技术制得前驱体PVP/钛酸丁酯复合纳米纤维；将其进行热处理，碳源聚合物热分解产生C与钛源热分解生成TiO2在一定条件下，两者原位还原制得Ti4O7纳米纤维。该 Ti4O7纳米纤维具有形貌可控，颗粒尺寸小，比表面积大的特点。此外本发明所述制备方法工艺简单可行，过程可控性强，易于工业化生产。
附图说明
图1是本发明实施例3中制备的Ti4O7纳米纤维的扫描电镜图片；
图2是本发明实施例3中制备的Ti4O7纳米纤维的X射线衍射图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全面的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
实施例1
一种静电纺丝原位还原制备Ti4O7纳米纤维的方法，所述方法包括以下步骤：
S1：称取0g钛酸丁酯、3mL EtOH、3mL HAc，采用磁力搅拌10min，搅拌均匀后配制成钛源溶液；称取7g PVP、93g EtOH，采用磁力搅拌12h，配制成质量分数为7wt％的 PVP/EtOH溶液；
S2：将S1中的钛源溶液加入6.43g质量分数为7wt％的PVP/EtOH溶液中，采用磁力搅拌2h后配制成无色澄清的静电纺丝溶液；
S3：将S2中配制成的静电纺丝溶液装入带有不锈钢针头的体积为10mL的针筒，不锈钢针头的型号为G21，并将针筒置于微量注射泵上固定，设置给料速率为1mL/h；不锈钢针头连接高压电源，工作电压为8kV；铝箔板作为接收器并接地，保持不锈钢针头到接收板的工作距离为12cm；进行静电纺丝，在铝箔板上收集前驱体PVP纳米纤维，并将其置于80℃烘箱干燥保存；
S4：将制备好的前驱体PVP纳米纤维在真空条件下于1100℃烧结2小时，其中，烧结升温过程中，500℃以下时，调节升温速率为5℃/min，500℃以上时，调节升温速率为10℃/min，烧结结束后冷却至100℃以下出炉，即得到碳纳米纤维，碳纳米纤维平均直径为50nm，长度大于50μm。
实施例2
一种静电纺丝原位还原制备Ti4O7纳米纤维的方法，所述方法包括以下步骤：
S1：称取1g钛酸丁酯、3mL EtOH、3mL HAc，采用磁力搅拌10min，搅拌均匀后配制成钛源溶液；称取7g PVP、93g EtOH，采用磁力搅拌12h，配制成质量分数为7wt％的 PVP/EtOH溶液；
S2：将S1中的钛源溶液加入6.43g质量分数为7wt％的PVP/EtOH溶液中，采用磁力搅拌2h后配制成浅黄色澄清的静电纺丝溶液；
S3：将S2中配制成的静电纺丝溶液装入带有不锈钢针头的体积为10mL的针筒，不锈钢针头的型号为G21，并将针筒置于微量注射泵上固定，设置给料速率为1.2mL/h；不锈钢针头连接高压电源，工作电压为10kV；铝箔板作为接收器并接地，保持不锈钢针头到接收板的工作距离为11cm；进行静电纺丝，在铝箔板上收集前驱体PVP纳米纤维，并将其置于80℃烘箱干燥保存；
S4：将制备好的前驱体PVP纳米纤维在真空条件下于1100℃烧结2小时。其中，烧结升温过程中，500℃以下时，调节升温速率为5℃/min，500℃以上时，调节升温速率为 10℃/min，烧结结束后冷却至100℃以下出炉，即得到C/Ti4O7复合纳米纤维，纤维平均直径为80nm，长度大于50μm。
实施例3
一种静电纺丝原位还原制备Ti4O7纳米纤维的方法，所述方法包括以下步骤：
S1：称取1.5g钛酸丁酯、3mL EtOH、3mL HAc，采用磁力搅拌10min，搅拌均匀后配制成钛源溶液；称取7g PVP、93g EtOH，采用磁力搅拌12h，配制成质量分数为7wt％的 PVP/EtOH溶液；
S2：将S1中的钛源溶液加入6.43g质量分数为7wt％的PVP/EtOH溶液中，采用磁力搅拌2h后配制成浅黄色澄清的静电纺丝溶液；
S3：将S2中配制成的静电纺丝溶液装入带有不锈钢针头的体积为10mL的针筒，不锈钢针头的型号为G21，并将针筒置于微量注射泵上固定，设置给料速率为1.5mL/h；不锈钢针头连接高压电源，工作电压为12kV；铝箔板作为接收器并接地，保持不锈钢针头到接收板的工作距离为10cm；进行静电纺丝，在铝箔板上收集前驱体PVP/钛酸丁酯复合纳米纤维，并将其置于80℃烘箱干燥保存；
S4：将制备好的前驱体PVP/钛酸丁酯复合纳米纤维在真空条件下于1100℃烧结2小时。其中，烧结升温过程中，500℃以下时，调节升温速率为5℃/min，500℃以上时，调节升温速率为10℃/min，烧结结束后冷却至100℃以下出炉，即得到Ti4O7纳米纤维。
对制得的Ti4O7纳米纤维进行电镜扫描以及X射线衍射测试，其结果分别如图1、2所示。该Ti4O7纳米纤维具有形貌可控，颗粒尺寸小，比表面积大的特点，且制得的Ti4O7纳米纤维平均直径为100nm，长度大于50μm。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明。
Claims (4)
1.一种静电纺丝原位还原制备Ti4O7纳米纤维的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1：称取钛酸丁酯、EtOH、HAc，配制钛源溶液；称取PVP、EtOH，配制聚合物溶液；
S2：将S1中的钛源溶液加入聚合物溶液中，搅拌后配制成静电纺丝溶液；
S3：将S2中配制成的静电纺丝溶液进行静电纺丝，得到前驱体PVP/钛酸丁酯复合纳米纤维；
S4：将前驱体PVP/钛酸丁酯复合纳米纤维在真空气氛于1100℃条件下烧结，在进行升温烧结过程中，500℃以下时，升温速率为5℃/min，500℃以上时，升温速率为10℃/min，将烧结后的前驱体PVP/钛酸丁酯复合纳米纤维冷却至100℃以下出炉，即得到Ti4O7纳米纤维。
2.根据权利要求1所述的一种静电纺丝原位还原制备Ti4O7纳米纤维的方法，其特征在于：在所述S1和S2中，在配制钛源溶液、聚合物溶液及静电纺丝溶液过程中，均需采用磁力搅拌，使溶液混合均匀，直至形成浅黄色澄清的静电纺丝溶液。
3.根据权利要求1所述的一种静电纺丝原位还原制备Ti4O7纳米纤维的方法，其特征在于：在所述S3中，将浅黄色澄清的静电纺丝溶液装入带有不锈钢针头的针筒内，并将其置于微量注射泵上固定，注射泵的给料速率为1～1.5mL/h，所述不锈钢针头连接高压电源，工作电压为8～12kV，作为收集前驱体PVP/钛酸丁酯复合纳米纤维的铝箔板接地设置，且保持铝箔板与不锈钢针头的工作距离为10～12cm。
4.一种采用权利要求1所述方法制备的Ti4O7纳米纤维，其特征在于：所述Ti4O7纳米纤维平均直径为100nm，呈项链状结构，长度大于50μm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910055838.3A CN109778352B (zh) | 2019-01-22 | 2019-01-22 | 一种静电纺丝原位还原制备的Ti4O7纳米纤维及其方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910055838.3A CN109778352B (zh) | 2019-01-22 | 2019-01-22 | 一种静电纺丝原位还原制备的Ti4O7纳米纤维及其方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109778352A CN109778352A (zh) | 2019-05-21 |
| CN109778352B true CN109778352B (zh) | 2020-05-22 |
Family
ID=66501827
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910055838.3A Active CN109778352B (zh) | 2019-01-22 | 2019-01-22 | 一种静电纺丝原位还原制备的Ti4O7纳米纤维及其方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109778352B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111036095A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-21 | 济南大学 | 一种柔性自支撑MoO2@C纳米纤维薄膜材料及其制备方法和应用 |
| CN111249521B (zh) * | 2020-03-04 | 2022-04-22 | 昆明理工大学 | 一种骨修复用复合多孔支架材料的制备方法 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| MXPA05007492A (es) * | 2003-01-10 | 2006-05-19 | Advanced Power Devices Inc | Conductores de electricidad de fibras de ti4o7 y ti5o9. |
| KR101384215B1 (ko) * | 2012-09-28 | 2014-04-10 | 충남대학교산학협력단 | 염료감응형 태양전지 전극용 고 다공성 이산화티타늄 나노섬유 및 그 제조방법 |
| CN105489863B (zh) * | 2015-12-31 | 2017-11-17 | 长沙矿冶研究院有限责任公司 | 一种基于C/Ti4O7复合纳米纤维的锂硫电池正极材料及其制备方法 |
| CN105609687B (zh) * | 2015-12-31 | 2018-09-25 | 长沙矿冶研究院有限责任公司 | 一种以C/Ti4O7复合纤维无纺布为插层的锂硫电池 |
| CN105696110A (zh) * | 2016-02-26 | 2016-06-22 | 哈尔滨工业大学深圳研究生院 | 一种导电纳米纤维及其制备方法与应用 |
| CN106978652B (zh) * | 2017-04-25 | 2019-07-09 | 山东大学 | 一种聚醋酸氧钛前驱体溶胶纺丝液及氧化钛纳米纤维光催化剂的制备方法 |
| CN108793103A (zh) * | 2018-05-14 | 2018-11-13 | 肇庆市华师大光电产业研究院 | 一种以氮化碳制备金属氮化物的方法 |
| CN109119636B (zh) * | 2018-07-10 | 2021-09-28 | 华南师范大学 | 一种钛钒氮纳米纤维集流体及其制备方法 |
| CN108914250B (zh) * | 2018-08-16 | 2020-07-17 | 山东大学 | 聚乙酰丙酮合钛前驱体溶胶纺丝液、氧化钛连续纤维和纳米纤维的制备方法 |
-
2019
- 2019-01-22 CN CN201910055838.3A patent/CN109778352B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109778352A (zh) | 2019-05-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106450181B (zh) | 一种二硫化钼/氮掺杂碳纳米纤维复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN105895384B (zh) | 一种石墨烯/超微四氧化三钴颗粒复合电极材料制备方法 | |
| KR20140120861A (ko) | 리튬이온전지 흑연 음극재료 및 이의 제조방법 | |
| CN106450107A (zh) | 一种主体为无机陶瓷颗粒的多孔锂电隔膜及其制备方法 | |
| CN103456934B (zh) | 一种锂离子电池负极用纳米TiO2(B)/碳复合纤维的制备方法和应用 | |
| CN105514369A (zh) | 一种中空SnO2/Co3O4杂化纳米管及其制备方法和应用 | |
| CN109778352B (zh) | 一种静电纺丝原位还原制备的Ti4O7纳米纤维及其方法 | |
| CN106929927B (zh) | 聚乙酰丙酮合锆前驱体溶胶纺丝液及亚微米氧化锆晶体纤维的制备方法 | |
| CN112310377B (zh) | 一种电池负极材料及其制备方法 | |
| CN107541811B (zh) | 一种碳纳米棒复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN108461734A (zh) | 一种磷酸钛钠/碳复合材料的制备方法及应用 | |
| CN104393272A (zh) | 一种钛酸锂类负极复合材料及制备方法 | |
| CN107653518A (zh) | 一种高取向度连续超细/纳米氧化铝基陶瓷纤维束材料及其制备方法 | |
| CN109763210A (zh) | 离子液体制备纤维素基碳纤维或碳膜的方法 | |
| CN109755033A (zh) | 一种碳纤维负载钴氧化物复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN110364371B (zh) | 一种活性多孔碳框架/石墨烯复合纤维及其制备方法 | |
| CN109904418A (zh) | 一种锂离子电池负极材料及其制备方法 | |
| CN108755102B (zh) | 一种毛刺状碳复合二氧化钛纳米纤维及其制备方法和用途 | |
| CN107170962A (zh) | 一种锂离子电池用硅负极电极片及其制备方法 | |
| CN105590756B (zh) | 一种微纳尺度石墨烯/钛酸锂复合负极材料的制备方法 | |
| CN104916830A (zh) | 一种锂离子电池锡基碳纳米纤维负极材料及其制备方法 | |
| CN114149024A (zh) | 一种硼掺杂多孔二氧化钛/碳纤维负极材料及制备方法 | |
| CN111825070B (zh) | 一种原位杂化的配位聚合物衍生多孔花状Co2P2O7/C复合材料的制备方法 | |
| CN106876675B (zh) | 一种锂离子电池用钛酸锂石墨复合负极材料的制备方法 | |
| CN104862808A (zh) | 一种Fe-N-C纳米纤维网及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |