[发明专利]一种具有分级结构的金属或金属氧化物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备领域，更具体地，涉及一种具有分级结构的金属或金属氧化物及其制备方法。

背景技术

纳米材料具有大比表面积的特点，而一维纳米材料由于其独特的稳定性和电学特性使得其广泛应用于催化、光伏电池和气体传感器等领域。中空纤维管由于具有内外两个表面，因而在一维结构的基础上又增大了其比表面积。目前已经有多种方法被应用于制备中空纤维。中国专利CN201010525552.6公开了一种将氯化铜静电纺丝纤维直接退火得到中空氧化铜纳米纤维的方法。中国专利CN201210293005.9公开了一种制备中空氧化铝的方法，该方法是将铝盐的静电纺丝纤维置于碱溶液中浸泡并进行水洗和热处理。中国专利CN201310461398.4公开了利用同轴电纺的方式制备了钛酸锶钡纳米管。这些方法能够较为简便地制备中空结构，但是管壁的厚度很难精确控制。

模板法与物理气相沉积技术相结合是一种常用的制备分级结构的方法，且物理气相沉积技术可以准确地控制薄膜的厚度。电纺聚合物纤维为制备中空结构提供了一种较为简单的模板制备方法，且已有相关文献对此进行了报道。中国专利CN201310153325.9公开了利用静电纺丝方法制备聚偏氟乙烯纤维模板并在其表面溅射了一层氧化铟，退火后即可以得到中空的氧化铟结构。该方法可以实现对管壁厚度的精确控制。氧化铝中空纤维(例如参见文章Nano Letters，2007，7(3)，719-722)、氧化锌中空纤维(例如参见文章ACSNANO，2009，3(9)，2623-2631)以及氧化锡中空纤维(例如参见文章Sensors andActuators B，2011，160，1468-1472)均通过此方法被制备。目前有相关文献报道了对该方法的改进，在静电纺丝有机纤维模板表面溅射银，溶解去除有机纤维模板之后利用氩等离子对银表面进行刻蚀得到了多孔的银纤维管(Langmuir，2011，27(5)，1551-1555)。这些方法均由于模板纤维表面形貌的限制，而难以实现具有分枝的分级结构的直接制备。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的之一是提供一种制备具有分级结构的金属和金属氧化物的方法，以实现具有分枝结构形貌材料的制备和材料比表面积的提高。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，本发明提供了一种具有分级结构的金属或金属氧化物的制备方法，包括以下步骤：

配置高分子溶液并进行静电纺丝；

对静电纺丝所得的纤维表而进行刻蚀，以得到具有分级结构的纤维模板；

在所述纤维模板表面溅射金属或金属氧化物；

利用高温退火的方法去除所述纤维模板材料。

利用高温退火的方法去除所述纤维模板材料，对应得到所述具有分级结构的金属或金属氧化物。

其中，所述配置高分子溶液的步骤中的高分子溶液为聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液。

其中，所述对静电纺丝所得的纤维表面进行刻蚀的步骤中，采用的刻蚀方法为氧等离子体处理方法，所述方法在反应离子刻蚀机中进行。

其中，所述利用高温退火的方法去除所述纤维模板材料的步骤中，所述高温退火的方法为在马弗炉中高温保持一段时间，退火温度高于450℃，保持的时间≥1h，直至所述有机纤维模板完全分解。

其中，所述具有分级结构的金属或金属氧化物是一种具有枝干的中空纤维结构的金属或金属氧化物。

其中，所述金属或金属氧化物为铂、金、氧化铝、氧化锡或氧化锌。

作为本发明的另一个方面，本发明还提供了一种具有分级结构的金属或金属氧化物的制备方法，包括以下步骤：

配置聚乙烯吡咯烷酮溶液，然后利用所述溶液进行静电纺丝，并将得到的电纺纤维干燥；

对上述得到的电纺纤维进行氧等离子体表面刻蚀，形成分级结构；

将表面刻蚀处理后的电纺纤维作为纤维模板，在其表面溅射金属或金属氧化物；

将溅射有金属或金属氧化物的所述纤维模板进行高温退火，直至所述纤维模板完全分解，从而得到对应的所述具有分级结构的金属或金属氧化物。

其中，所述氧等离子体表面刻蚀处理步骤是在反应离子刻蚀机中进行，所述反应离子刻蚀机的反应腔室压力为3Pa，功率为50W-200W，处理时间＜60s。

其中，所述高温退火处理步骤是在马弗炉中进行，退火温度高于450℃，保持的时间≥1h。

作为本发明的再一个方面，本发明还提供了一种根据上述任意一项所述的具有分级结构的金属或金属氧化物的制备方法制备的具有分级结构的金属或金属氧化物。