納米結構材料，也可用於催化劑！還能大大提高了反應速度

2020-10-18 博科園

二氧化鈦(TiO2)納米纖維可以有各種應用，例如在催化劑和過濾器中。當二氧化鈦被紫外光激發時，會被降解為有機材料。因此，例如，二氧化鈦可以應用於過濾廢水以便重複使用。作為聖保羅研究基金會FAPESP支持的項目一部分，航空技術研究所等離子體和工藝實驗室(LPP-ITA)和巴西大學科學技術研究所(ICT-UB)的研究人員Rodrigo Savio Pessoa和Bruno Manzolli Rodrigues在巴西開發了一種製造這些纖維的新方法，其研究成果發表在《Materials Today》期刊上。

使用的技術被稱為原子層沉積，它促進了材料一層的生長，甚至是分子一分子的生長。在這項研究中，二氧化鈦被沉積在PBAT（聚己二酸丁二醇酯-對苯二甲酸丁二醇酯）的納米纖維上，PBAT是一種在自然界中迅速降解的生物聚合物，與PET（聚對苯二甲酸乙二醇酯）不同，PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)在幾十年內保持完好。第一步是製造PBAT納米纖維膜，這是通過靜電紡絲完成的，是一種類似於用來製作棉花糖的技術，但涉及到靜電過程。

PBAT溶液被電紡成只有幾百納米厚的超薄納米纖維，這些纖維構成了用作基材的薄片。下一步是在每根纖維上塗上二氧化鈦，原子層沉積使用通過低壓快速蒸發的氣體或液體產生有趣材料的前體。在這種情況下，使用四氯化鈦(TiCl4)和水(H2O)作為前體。這是在加熱到100°C和150°C的真空室中完成。TiCl4在0.25秒的連續脈衝中釋放，當在真空中釋放時，TiCl4迅速蒸發並與纖維表面發生反應，與材料中存在的羥基自由基(OH-)和氧自由基(O2-)結合。

由於TiCl4不與自身反應，初始脈衝僅填充一層，然後用水蒸氣氧化。氫與氯結合，氧與鈦結合，形成二氧化鈦的第一個單層。這個過程重複了大約1000次，一層地建立起TiO2結構。為了去除PBAT襯底並釋放TiO2納米管，將材料以受控方式加熱到900°C，結果是一片厚度約為100納米的TiO2納米管。沉積技術是基於表面反應，因此會產生均勻塗層，一個接一個地覆蓋纖維，而且相對簡單，但需要自動化，以便嚴格控制材料的量和分散時間。

作為一種過濾材料，TiO2納米管片結合了阻擋大於特定尺寸顆粒的機械優點和產生自由基的生化優點，當受到紫外光照射時，這些自由基很容易降解有機物。因為片材是由納米纖維製成，所以有很大的表面積，這就大大提高了反應速度。

博科園｜研究/來自：FAPESP

參考期刊《Materials Today》

DOI: 10.1016/j.matpr.2019.02.003

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