含载流子传导核的鞭炮形状杂化纳米纤维的可控构筑及其光催化性能研究

Electrospun nanofibers have been of growing interest because of their potential applications in energy and environment.Inorganic semiconducting nanostructures exhibit photovoltaic and photocatalytic properties， but lower photocatalytic,separating and recycling efficiency limits its application.In this project,firecracker-shaped organic/inorganic hybrid nanofibers with carrier transporting core will been designed and prepared.This provides an advanced hybrid structure for fabricating functionalized nanofibers for improving photonic utilization and mass transfer rate from reactants to catalytic centers. In addition,the separating and transporting efficiency of carriers will been improved because of synergistic effect from carrier transporting core and doping.Furethermore,the photocatalytic reaction mechanism will been revealed by studying the photocatalytic activity and process for the degradation of toxic organic pollutants, in order to prepare high efficient, stable, recyclable and environment-friendly photocatalytic materials.

静电纺纳米纤维在解决环境污染和能源短缺方面具有广阔的应用前景。然而，低的功能特性是限制纳米纤维广泛应用的主要问题之一。虽然无机半导体纳米粉体具有光催化和光电转换活性，但是低的光催化效率及纳米粉体难以分离与回收再利用限制了半导体氧化物的广泛应用。结合这两点，本项目将以高性能聚合物纳米纤维为载体，设计合成几种含载流子传导核的鞭炮形状的有机高分子/无机半导体杂化纳米纤维。利用其独特的鞭炮状结构提高光子利用率和反应物到催化剂活性中心的传质速率，降低分离和回收的操作难度，同时借助载流子传导核及其半导体掺杂协同作用，提高光生载流子的拆分和传输效率。研究其在光催化降解有毒有害有机污染物等方面的催化活性和催化历程，揭示光催化反应机理，以制备具有高效、稳定、可多次循环使用的环境友好型光催化材料。

静电纺丝技术是制备具有一维结构纳米纤维材料的重要方法。基于静电纺纳米纤维为载体，制备有机/无机半导体纳米结构组装体，将会在纳米纤维在光催化，光电转化及传感器方面重要应用。本项目以聚酰亚胺纤维和碳纳米纤维为基体，制备出PI@ZnO, PI/Ag@Ag-ZnO, PI@TiO2, PI/Ag@Ag-TiO2, FePc/CNFs CuBTC/PI等具有光催化和功能化吸附活性的功能性纳米纤维。深入研究了该类鞭炮状材料在光降解亚甲基蓝、罗丹明B等化合物的催化活性，由于电纺纳米纤维由于它结构特性，在轴向达到宏尺度，径向达到纳米尺度，因此它可以方便的制备成器件或者产品，用于光催化水处理应用。本项目系统地研究了PI合成条件，纳米纤维的成型过程和热和化学稳定性。研究了这类含载流子传导核的微结构对光催化性质的影响，该系列纳米杂化结构体系与光催化结构物质之间的相互作用机制，为功能化纳米纤维应用于水处理研究和应用提供实验依据。