Vol.25高等学校化学学报No.82004年8月CHEMICALJOURNALOFCHINESEUNIVERSITIES1413～1415[研究简报]静电纺丝法制备ZrO2纳米纤维关宏宇,邵长路,刘益春,韩冬雪,杨兴华,于娜,(东北师范大学先进光电子功能材料研究中心,长春130024)关键词静电纺丝法;ZrO2;纳米纤维;制备中图分类号O614文献标识码A文章编号025120790(2004)0821413203[1][2][3]纳米级ZrO2因具有高氧离子传导和高折射率而被广泛应用于催化剂、氧传感器、燃料电池[4][5][6,7]以及对Cr(Î)污染的处理等方面.目前已成功地制备了ZrO2的纳米颗粒、纳米管及纳米薄[8]膜等.但是,对于具有准一维结构的ZrO2纳米纤维的制备及性能研究尚未见报道.本文采用静电纺丝法制备了具有准一维结构的ZrO2纳米纤维.该方法是目前用以制备无机物纳米纤维的一种简单易行的方法[9,10].由于用静电纺丝法制备的纳米纤维具有较大的比表面积和纳米微[10]孔结构,因此ZrO2纳米纤维在各个领域,特别是在催化方面将具有潜在的应用.1实验部分1.1试剂与仪器聚乙烯醇(PVA,北京益利精细化学品有限公司,平均分子量60000);氯氧化锆(A.R.级,中国医药集团上海化学试剂公司);去离子水.ME800差热2热重分析仪(日本理学公司);Magna560FTIR红外光谱仪;RigakuDömax2500VPCX射线衍射仪;HitachiS2570扫描电子显微镜.1.2前驱体溶液配制称取1.0g氯氧化锆溶解于16mL去离子水中,在搅拌下将氯氧化锆溶液缓慢滴加到40mL10%(质量分数)的PVA溶液中,于室温下搅拌2h,制得PVAö氯氧化锆前驱体溶液.1.3PVAö氧氯化锆复合纤维的制备实验装置及制备方法参见文献[11].将制得的PVAö氯氧化锆前驱体溶液加入到一个带有毛细端的塑料管内(毛细端直径约1mm),然后把一根与电源正高压相连的铜电极插到前驱体溶液中.塑料管的前方安装一个能够旋转的接地铁鼓,其上铺一层铝箔作为接收板.在喷头与接收板之间形成一个电场,从喷头喷出的PVAö氯氧化锆带电前驱体溶液在电场力作用下,在几秒内拉成直径大约200～400nm的纤维丝落到旋转的接收板上,在此过程中溶剂挥发,得到交横错落的复合纤维无纺布.1.4ZrO2纳米纤维的制备将制得的PVAö氯氧化锆复合纤维取下,置于真空烘箱中,于90℃恒温2h.然后,放入马福炉中,以10℃ömin的速率升温,在每个设置的温度处分别停留3h.当煅烧到700℃时,得到分布均匀的ZrO2纳米纤维.2结果与讨论2.1PVAö氯氧化锆复合纤维的热分析图1中TG结果表明,PVAö氯氧化锆复合纤维加热到700℃时,PVA和氯氧化锆中的有机物部分及其它易挥发物质(H2O和CO2等)被完全除去,剩余物质应为纯ZrO2.DTA曲线共有4个较大峰,在320℃之前有2个较大吸热峰(116和271℃),这是PVAö氯氧化锆复合纤维残余的水分和氯氧化锆失去结晶水以及氯氧化锆和PVA支链[12]的分解峰;在437和550℃出现的2个较大的放热峰是PVA主链的分解峰[13].结果表明,PVAö氯氧化锆复合纤维煅烧到700℃时,剩下的物质是纯ZrO2无机组分.收稿日期:2003212225.基金项目:教育部科学技术研究重点项目(批准号:104071)和吉林省科技厅自然科学基金(批准号:20020613)资助.联系人简介:邵长路(1965年出生),男,博士,副教授,从事功能材料化学研究.E2mail:clshao@nenu.edu.cn1414高等学校化学学报Vol.252.2红外光谱图2是PVAö氯氧化锆复合纤维及其在不同温度下煅烧产物的红外谱图.图2谱线a中2930,1615,1546,1450,1332,1096,841,665和615cm-1处出现的吸收峰应归属于PVAö氯氧化锆复合纤维中C—H,C—C,C—O及O—H键的振动[14],煅烧至400和550℃时,这些谱峰减弱或者消失(图2谱线b和c),同时在670cm-1处出现一个新峰,这是由于PVA和氯氧化锆部分分解造成的;当煅烧到700℃时(图2谱线d),在2954,1Fig.1TG-DTAcurvesofPVAözirconium-1[15]448和1562cm处出现ZrO2的特征峰,表明oxychloridecompositefibersPVAö氯氧化锆复合纤维煅烧至700℃时,剩余物完全是纯ZrO2无机组分.Fig.2FTIRspectraofvariousfiber