掺杂的TiO2纤维的制备及其光催化性能研究

本项目研究的TiO2复合纤维材料是一种新型的半导体复合材料，其在光催化氧化降解空气和水中的污染物、光催化制氢、染料敏化太阳能电池、气敏传感等方面有着广泛的应用前景。本项目拟通过电纺的方法制备金属、非金属、贵金属和稀土掺杂的复合TiO2纳米纤维及其相应多空腔TiO2复合纤维，探索复合纤维的制备条件和光催化氧化性能及影响因素，通过掺杂拓宽复合材料对太阳光的吸收范围（尤其是对可见光的吸收），探讨各种复合TiO2纳米纤维催化氧化的机理和反应动力学。同时初步研究各种复合纤维在染料敏化太阳能电池方面应用的可能性。

《掺杂的TiO2纤维的制备及其光催化性能研究》（编号：50962010 ）项目以静电纺丝法作为材料的制备方法，以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)/钛酸正丁酯(TBT)为纺丝液，通过调节PVP和TBT的浓度，制备了不同直径的复合纤维。同时进行了聚苯乙烯(PS)和稀土元素单掺杂和共掺杂复合纤维的制备。所有复合纤维经过高温煅烧获得了非掺杂和掺杂的TiO2纤维。所制备的纤维利用场发射扫描电镜（FESEM）、X-射线(XRD)、红外光谱(FTIR)等手段进行表征。以有机染料亚甲基蓝(MB)作为废水模型，研究了不同类型的TiO2纤维的光催化性能。测试结果表明纤维的直径对光催化性能有着明显的影响，纤维直径与光催化性能之间存在着一个最佳值；PS掺杂具有空腔的纤维与没有进行掺杂的纤维相比，对光催化性能没有明显的影响；单稀土元素掺杂的TiO2纤维，稀土的掺杂量与光催化性能之间存在着最佳值；共稀土(镨(Pr)和钐(Sm))掺杂的TiO2纤维其光催化性能并未显示优于单稀土掺杂。静电纺丝方法可用于大面积制备不同直径和掺杂的TiO2纤维，并且所制备的纤维具有良好的光催化性能，降解动力学研究显示反应符合一级反应动力学方程，分离沉降和重复利用实验表明静电纺丝方法制备的TiO2纤维具有易于分离，重复使用性能好的优点。其他有关光催化的研究尚在进行中。同时我们还利用静电纺丝技术进行了薄膜的制备工作，分别将制备的薄膜用于染料敏化太阳电池和浸润性的研究工作中，均获得了较好的实验结果。利用本项目我们还进行了一些天然材料的研究工作，也取得了满意的结果。利用本项目共招收在读硕士研究生3名，培养青年教师4名。公开发表科研论文6篇(其中SCI收录3篇），接收1篇，3篇正在审稿中。项目完成情况良好，经费使用基本合理。目前有些工作还在进行中，在不久的将来还会有一些科研成果陆续发表。