本發明涉及一種稀土/碳共摻雜柔性TiO₂納米纖維膜及其制備方法，步驟如下：首先配制前驅體溶液，前驅體溶液由鈦源、稀土金屬鹽、碳源、非離子表面活性劑和溶劑組成；再進行靜電紡絲得到前驅體纖維膜，靜電紡絲時在紡絲區間施加50～100℃的恒溫熱場并控制接收裝置的溫度為?10～0℃；最后在空氣氣氛下煅燒得到稀土/碳共摻雜柔性TiO₂納米纖維膜。最終制得的產品的柔軟度為10～50mN，拉伸斷裂強度為3～5MPa，可吸收光吸收范圍拓展至550～700nm。本發明制備方法，無需加入聚合物或者老化，無需后處理，工藝簡單，成本低廉，產品具有良好的拉伸斷裂強度、柔性和可見光催化性能。

技術領域

本發明屬于新材料領域，涉及一種稀土/碳共摻雜柔性TiO₂納米纖維膜及其制備方法。

背景技術

二氧化鈦(TiO₂)一維納米材料因其光催化性質穩定、價格低廉、無生物毒性等特點，在光催化制氫、工業中的揮發性有機物(VOCs)，以及室內、車內 VOCs等降解方面引起了廣泛的關注。但要作為一種廣泛應用的光催化材料，其存在以下主要問題：1)TiO₂帶隙較寬(Eg＝3.0～3.2eV)，只能被400納米波長以下的紫外光激發，太陽能利用率低。2)光生電子-空穴對容易復合，導致光量子利用率低，從而降低了材料的催化活性。3)大多數一維二氧化鈦納米材料普遍存在脆性大的、強度低的問題。上述的問題成為限制納米二氧化鈦光催化材料廣泛應用的瓶頸問題。為此，人們利用元素摻雜，實現了二氧化鈦對可見光的吸收，并有效抑制光生電子-空穴對的復合，從而提高催化活性，并實現了纖維的柔性化制備。

早期的研究中，主要以單一的金屬或非金屬摻雜，如C、S、N、Fe、Ni、 Zn、La、Ce等。Maruska等報道了通過過渡金屬(Fe、Ni等)摻雜二氧化鈦可使其具有可見光催化響應，Asahi等報道了N取代TiO₂晶格中少量O之后，可以使催化劑具有可見光催化響應，隨后Lettmann等在做N摻雜時偶然發現，在沒有摻雜的樣品中也有可見光催化活性，從而發現碳摻雜納米TiO₂的可見光催化活性，為此開發具有可見光催化響應的摻雜二氧化鈦的研究便引起了廣泛關注。

專利CN 104607171公開了一種鐠摻雜二氧化鈦復合納米纖維光催化劑的制備方法，Applied Physics A 117(2014)1191-1201報道了一種鈰摻雜二氧化鈦納米纖維的制備方法，少量稀土金屬摻入到TiO₂的晶格或晶格間隙中，有效的抑制了光生電子-空穴對的復合，同時增強了晶界間的相互作用，提高催化活性的同時，亦拓展了其可見光吸收范圍，但其可見光吸收波長多集中在500nm以下。

專利CN 102021676A公開了一種二氧化鈦/活性炭復合納米纖維膜的制備方法，Synthetic Metals 193(2014)125-131報道了一種二氧化鈦/碳納米管納米纖維的制備方法，研究發現在C與稀土金屬元素共摻雜納米TiO₂材料中，少量C進入TiO₂晶格中，形成Ti-C鍵，形成摻雜能級，使其禁帶寬度變窄，有利于其對可見光的吸收，雖然C的引入可以使催化劑的光吸收范圍變大，拓展至700nm 以上，但C的存在導致了催化劑的催化活性降低。

近年來，多元素摻雜受到了越來越多的關注。尤其是碳與稀土元素摻雜更受青睞。提高了纖維強度。然而，關于稀土/碳共摻雜柔性二氧化鈦納米纖維的制備及研究的報道尚不多見。因此，開發一種稀土/碳共摻雜柔性TiO₂納米纖維材料具有十分重要的意義。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中工藝較為復雜、成本昂貴及產品性能不佳的缺陷，提供一種生產工藝簡單、成本低廉、產品光催化性能及其柔性較好的稀土 /碳共摻雜柔性TiO₂納米纖維膜及其制備方法。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：