DOI:10.1016/j.mtnano.2020.100088

电纺陶瓷纳米纤维可作为催化剂的理想载体，但在制备过程中往往会受到晶粒快速生长的限制，从而失去其优越的性能。在这项工作中，研究者报告了由TiO2和Al2O3混合物制备而成的抑制晶粒生长的纳米纤维，其平均晶体尺寸为22.2 nm，在900℃下锐钛矿的含量为47.1wt％。Al2O3位于TiO2纳米晶粒的晶界处，这显著阻碍了相邻TiO2纳米晶粒之间的聚结。更有趣的是，Al2O3自发地迁移到表面，从而自然形成了纤维上的颗粒形态。当用作载体时，Al2O3/TiO2纳米纤维通过利用保存良好的晶界和锐钛矿相，提高了对Pt纳米颗粒的附着力。此外，双氧化物结构建立了动力学瓶颈，以防止Pt纳米粒子穿过载体彼此附着或融合。因此，即使在高达500℃的烧结温度下，铂纳米粒子仍然保持稳定，其超近邻距离为4.56 nm。该耐烧结催化剂在高温下对液相加氢和气相氧化反应（碳烟氧化）均显示出高活性。这种坚固且热稳定的催化剂可进一步用于催化碳烟氧化，在排放控制中具有广阔的应用前景。

图1.（A-B）纳米纤维的扫描电子显微镜（SEM）图像，该纳米纤维由5wt％Al2O3和95wt％TiO2（AT-5）的混合物在900℃的空气中煅烧2小时制成，呈现出纤维上的颗粒形态。由AT-5纳米纤维获得的（C）全扫描、（D）O 1s、（E）Ti 2p和（F）Al 2p高分辨率X射线光电子能谱（XPS）图。

图2.（A）原始TiO2纳米纤维与Al2O3和TiO2的混合物制备的纳米纤维在700℃下煅烧的透射电子显微镜（TEM）图像，其中后者的Al2O3重量比分别为（B）5wt％（AT-5）、（C）15wt％）（AT-15）和（D）30wt％（AT-30）。在高达900℃的高温下煅烧后，在（E）原始TiO2纳米纤维中观察到竹样结构，而（F）AT-5、（G）AT-15和（H）AT-30显示纳米颗粒的尺寸要小得多。

图3.（A）在900℃下煅烧的原始TiO2、AT-5、AT-15和AT-30纳米纤维的X射线衍射（XRD）图，以及（B）根据Scherrer公式计算得出的平均纳米晶体尺寸，以及相应的锐钛矿分数与Al2O3/TiO2纳米纤维中Al2O3含量的关系。

图4.（A）原始TiO2、（B）AT-5、（C）AT-15和（D）AT-30纳米纤维表面的TEM图像。红色虚线表示颗粒表面的二面角。

图5.负载在（A）TiO2、（B）AT-5、（C）AT-15和（D）AT-30纳米纤维表面的约3 nm Pt纳米颗粒的TEM图像，以及（E）Pt纳米粒子的最邻近距离与Al2O3含量的关系。黑色箭头表示Al2O3纳米颗粒。

图6.负载在（A）原始TiO2、（B）AT-5、（C）AT-15和（D）AT-30纳米纤维上的Pt纳米粒子分别在空气中于500℃煅烧后的TEM图像。（E）在空气中于500℃热处理后，不同基材上负载的Pt纳米颗粒的相应尺寸演变，通过ΔR（％）进行定量估算。

图7.（A）35分钟内，在AT-15纳米纤维（Pt@AT-15）上负载的Pt纳米粒子存在下，对硝基苯酚向对氨基苯酚的转化。（B）在500和600℃下煅烧前后，Pt@AT-15催化还原过程中对硝基苯酚的标准化浓度变化。（C）与Pt浓度相关的反应恒定速率（Kc）和热处理温度的关系图。（D）在500℃下负载的Pt纳米颗粒对Al2O3含量的催化活性和尺寸演变。

图8.（A）纯Printex-U以及Pt@AT-15或AT-5与20wt％Printex-U的混合物在松散接触模式下的TG和DTG曲线。（B）烟灰转化曲线。（C）烟灰燃烧后Pt@AT-15的TEM图像以及相应的Pt纳米颗粒直径分布。