一种复合纤维材料的制备方法及应用

本发明涉及一种材料领域，特别涉及一种复合纤维材料的制备方法及应用。

背景技术：

1、随着不可再生资源如煤炭、石油、天然气等的持续减少，造成了当今世界能源的严重短缺，为了可持续发展，开发新型的可再生资源作为替代品解决能源问题已经成为了未来各国研究人员努力的方向；在众多新型可再生资源中，氢能是一种极具潜力的清洁无污染的新能源，具有燃烧值高、来源丰富、燃烧产物无二次污染且便于运输和存储等优点，有望代替传统的不可再生资源；自1972年fujishima和honda报道了光催化分解水这一开创性工作以来，半导体光催化分解水被认为是实现可持续氢气供应的一种具有前景和成本效益的方法。

2、钙钛矿结构的srtio3具有化学稳定性高和合适的能带位置而成为一种有吸引力的光催化制氢材料，但是纯srtio3的光催化性能易受到光诱导载流子快速复合的限制，造成光催化效率较低，阻碍了它的实际应用。

3、in2o3是一种重要的n型半导体，带隙约为2.8ev，晶型主要以稳定的立方晶型为主，具有较低的电阻率和优异的表面性能，是光催化应用的理想材料，已被广泛应用于光催化处理污水以及光催化分解水制氢。

4、将in2o3与其他半导体催化剂构建光催化复合材料的研究报道有很多；如satyabadi等人用in2o3对zno进行了改性，实验证实了in2o3修饰后zno对可见光区的吸收明显增强，in2o3的改性大大降低了zno的粒径，延缓了载流子的复合，所有in2o3修饰的zno样品在可见光下都表现出较高的光催化制氢活性；liu等人通过简单的原位氧化工艺成功地合成了层次多孔的类绣球花in2s3/in2o3异质结构，研究表明，与纯的in2s3和in2o3相比，in2s3/in2o3异质结构显著促进了光催化h2的生成，但是关于in2o3对srtio3进行改性以提高光催化制氢性能的研究还鲜有报道。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供了一种复合纤维材料的制备方法。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、一种复合纤维材料的制备方法，包括以cf/srtio3复合纤维材料为基底物，先通过浸渍加热法在基底物上负载in晶种，再经过溶剂热法在cf/srtio3-in晶种复合纤维表面经过原位生长制备双层核壳结构的cf/srtio3/in2o3光催化复合纤维。

4、进一步的，所述cf/srtio3复合纤维材料是以可形成碳纤维的材料载体为碳纤维前驱体，通过在载体的表面负载srtio3纳米层，再将负载srtio3纳米层的材料载体碳化形成碳纤维，制备cf/srtio3核壳结构复合纤维材料。

5、进一步的，所述cf/srtio3-in晶种复合纤维的具体制备方法包括步骤：

6、s1，称取0.4g incl3加入到40ml乙醇溶液中，通过先超声5min再搅拌30min获得incl3混合溶液；

7、s2，取0.4g cf/srtio3复合纤维浸入incl3混合溶液中3h，cf/srtio3复合纤维负载有in离子；

8、s3，将负载有in离子的cf/srtio3复合纤维取出干燥3小时后，再将该复合纤维置入到杯形的坩埚中，并用锡纸密封，最后放入到300℃的马弗炉中加热6min，取出后即获得cf/srtio3-in晶种复合纤维。

9、进一步的，所述cf/srtio3/in2o3光催化复合纤维的具体制备方法包括步骤：

10、s1，称取0.33g inno3加入到15ml乙醇和20ml乙二醇混合溶液中，搅拌30min得到均匀混合溶液；

11、s2，将cf/srtio3-in晶种复合纤维加入到in(no3)3混合溶液中，并移入聚四氟乙烯反应釜中，在180℃温度下进行20h的溶剂热反应；

12、s3，在溶剂热反应结束后取出碳纤维复合材料，并用无水乙醇进行清洗，然后再在60℃烘箱中干燥24h，即获得cf/srtio3/in2o3双层核壳结构的光催化复合纤维。

13、进一步的，所述cf/srtio3复合纤维材料的具体制备方法为：

14、s1，将19ml无水乙醇和15ml乙二醇分别加入到烧杯中，并进行充分的搅拌混合；

15、s2,在混合溶液中加入0.85g钛异丙砜和0.61g醋酸锶，并充分搅拌得到均匀的混合溶液；

16、s3，将s2获得的混合溶液转移到聚四氟乙烯反应器中，加入0.8g纤维载体进行浸渍，并进行溶剂热反应，反应结束并冷却至室温后，取出纤维载体样品，用乙醇冲洗，纤维样品在60度的烘箱中干燥，从而得到了cf/srtio3复合材料。

17、进一步的，所述纤维载体包括纤维素纤维，聚丙烯腈(pan)基纤维，沥青基纤维和蛋白质纤维中的一种或多种的结合。

18、进一步的，所述纤维载体优选为纤维素纤维。

19、进一步的，所述纤维素纤维优选为天丝纤维。

20、进一步的，所述s3步骤中溶剂热反应的反应温度保持在180℃，反应时间为18h。

21、进一步的，该方法的应用，用于制备具有光催化性能的cf/srtio3/in2o3光催化复合纤维。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

23、本发明制备的cf/srtio3/in2o3复合纤维中的srtio3和in2o3材料都存在氧空位，将会显著提高复合材料的光催化性能，cf/srtio3/in2o3光催化复合纤维的光催化制氢性能相较cf/srtio3制氢性能大幅度提升，cf/srtio3/in2o3复合纤维也展现了良好的光催化稳定性能，氧空位的存在形成了氧缺陷态(vos)，再加上异质结结构，以及碳纤维的良好导电性能，有利地促进了光生电子的产生与迁移，抑制了光生电子-空穴对的复合，使cf/srtio3/in2o3复合纤维具有了良好的光催化制氢性能。

技术特征：

1.一种复合纤维材料的制备方法，其特征在于：包括以cf/srtio3复合纤维材料为基底物，先通过浸渍加热法在基底物上负载in晶种，再经过溶剂热法在cf/srtio3-in晶种复合纤维表面经过原位生长制备双层核壳结构的cf/srtio3/in2o3光催化复合纤维。

2.根据权利要求1所述的一种复合纤维材料的制备方法，其特征在于：所述cf/srtio3复合纤维材料是以可形成碳纤维的材料载体为碳纤维前驱体，通过在载体的表面负载srtio3纳米层，再将负载srtio3纳米层的材料载体碳化形成碳纤维，制备cf/srtio3核壳结构复合纤维材料。

3.根据权利要求1所述的一种复合纤维材料的制备方法，其特征在于：所述cf/srtio3-in晶种复合纤维的具体制备方法包括步骤：

4.根据权利要求1所述的一种复合纤维材料的制备方法，其特征在于：所述cf/srtio3/in2o3光催化复合纤维的具体制备方法包括步骤：

5.根据权利要求2所述的一种复合纤维材料的制备方法，其特征在于：所述cf/srtio3复合纤维材料的具体制备方法为：

6.根据权利要求2所述的一种复合纤维材料的制备方法，其特征在于：所述纤维载体包括纤维素纤维，聚丙烯腈(pan)基纤维，沥青基纤维和蛋白质纤维中的一种或多种的结合。

7.根据权利要求6所述的一种复合纤维材料的制备方法，其特征在于：所述纤维载体优选为纤维素纤维。

8.根据权利要求7所述的一种复合纤维材料的制备方法，其特征在于：所述纤维素纤维优选为天丝纤维。

9.根据权利要求5所述的一种复合纤维材料的制备方法，其特征在于：所述s3步骤中溶剂热反应的反应温度保持在180℃，反应时间为18h。

10.根据权利要求1-9之一所述方法的应用，用于制备具有光催化性能的cf/srtio3/in2o3光催化复合纤维。

技术总结本发明公开了一种复合纤维材料的制备方法及应用，包括以CF/SrTiO<subgt;3</subgt;复合纤维材料为基底物，先通过浸渍加热法在基底物上负载In晶种，再经过溶剂热法在CF/SrTiO<subgt;3</subgt;‑In晶种复合纤维表面经过原位生长制备双层核壳结构的CF/SrTiO<subgt;3</subgt;/In<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;光催化复合纤维，将会显著提高复合材料的光催化性能，CF/SrTiO<subgt;3</subgt;/In<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;光催化复合纤维的光催化制氢性能与CF/SrTiO<subgt;3</subgt;相比，其制氢性能大幅度提升，CF/SrTiO<subgt;3</subgt;/In<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;复合纤维也展现了良好的光催化稳定性能，氧空位的存在形成了氧缺陷态(VOs)，再加上异质结结构，以及碳纤维的良好导电性能，有利地促进了光生电子的产生与迁移，抑制了光生电子‑空穴对的复合，使CF/SrTiO<subgt;3</subgt;/In<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;复合纤维具有了良好的光催化制氢性能。技术研发人员：牛建涛,胡绮受保护的技术使用者：苏州经贸职业技术学院技术研发日：技术公布日：2024/11/4