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电纺纳米纤维在构建催化剂方面的研究进展
2019/11/28 22:19:13 admin

  Sputtering in progress. [Some rights reserved by Engenharia de Superficies, licensed under CC BY 2.0]

  电纺纳米纤维的高表面积使其在涉及化学反应的应用中非常有吸引力。与纳米粒子不同,纤维网格是自支撑的,并且其高孔隙率使其具有许多暴露的反应位点。通过电纺纤维构建催化材料有多种方式,首先,电纺纤维本身可以由催化物质制成,无机纳米纤维通常是通过对电纺前驱体的煅烧制备;其次,电纺丝纤维可以负载有催化纳米颗粒或物质,在这种情况下,电纺纤维起到载体的作用;最后,电纺丝纤维可以作为催化物质涂覆在模板上。

  大量的催化剂是由无机材料制成,使用静电纺丝来制备无机纤维的易行性使得可以生产催化膜。铂是一种众所周知的催化剂,Shui 等人(2010)将电纺纤维作为前驱体煅烧之后可以制备纯铂丝。Huang等人(2014)使用静电纺丝来制备La0.75Sr0.25MnO3纳米纤维膜并测试CO和CH4的氧化。他们的研究表明,无机纳米纤维对CO氧化和CH4燃烧的催化活性要好于其纳米颗粒的结构,这归因于膜的高表面积和孔隙率提供更多的反应位点。

  电纺膜也可以用作催化纳米颗粒的载体。 Soukup等人(2014)使用湿浸渍技术将钯和铂纳米粒子负载到聚(2,6-二甲基-1,4-亚苯基)氧化物电纺膜上。虽然钯纳米粒子负载纳米纤维的载荷增加导致催化活性增加,但负载的铂纳米粒子的纤维催化活性不受其负载影响。Hong等人(2008)使用原位金属化技术将铂结合到电纺聚苯乙烯(PS)纤维的表面上。该方法涉及PS纤维的磺化,然后与铂盐溶液反应。在PS纤维表面上的Pt离子通过在NaBH4溶液中还原而被金属化。Guo等人(2017)使用类似的概念,通过电纺聚乙烯醇(PVA),聚(丙烯酸)(PAA)和Fe3 O4纳米颗粒制备复合纤维,然后将HAuCl4还原成Au纳米颗粒负载在复合纳米纤维表面上。金纳米粒子(AuNPs)均匀分布在复合纤维表面,对对硝基苯酚和2-硝基苯胺溶液具有较高的催化还原活性。 PVA / PAA / Fe3O4 / AuNPs纳米复合材料还表现出优异的稳定性和对还原对硝基苯酚的再生能力。

  除有机纳米纤维载体外,无机纳米纤维也可用作催化纳米粒子的载体。 Im等人(2008)通过电纺聚丙烯腈和五氧化钒的混合溶液制备了含钒的碳纳米纤维,进行热处理后得到复合碳/钒纳米纤维。此外,通过类似的概念又制备含有催化纳米粒子的其他无机纳米纤维载体,例如银/二氧化硅纳米纤维[Kang等,2010],钯/二氧化硅纳米纤维[Wen等,2015]和Pt / TiO2 [Formo等,2008]。

  电纺纤维也可以用作形成催化纳米管的牺牲模板。 Pantojas等(2008)使用溅射法将钯涂覆在电纺聚环氧乙烷纤维上,需要超过250秒的持续溅射时间才能在烧结后形成完整的管。 但是,由于线的沉积,使得圆筒壁的厚度不均匀。 其他方法如无电极沉积也可用于涂覆纳米纤维[Ochanda和Jones Jr. 2005]。 Chen等(2017)用电沉积Pt纳米粒子测试了电纺固体,中空纤维和管式锑掺杂氧化锡纳米纤维(ATONF)的催化效率。 通过控制前驱体煅烧过程中的加热速率,形成固体、中空和纤维管电纺ATONF。在电沉积Pt纳米颗粒之后,发现对于中空管ATONF,Pt纳米颗粒位于纳米纤维的中空通道中而不是在暴露的表面上。 虽然这种现象需要进一步研究,但可能是由于管内壁上的成核能量较低,与包覆Pt纳米颗粒的固体ATONF和常规锑掺杂氧化锡粉相比,Pt纳米颗粒涂覆的中空ATONF对氧还原反应(ORR)的催化活性最高。 尽管具有相同的Pt负载量和纳米粒子尺寸,但空心ATONF中的ORR比固体ATONF中的具有更高的ORR,可归因于O2碰撞到纳米管范围内的催化Pt表面上的可能性增加。

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