本發(fā)明涉及納米纖維技術(shù)領(lǐng)域，具體的涉及一種核殼結(jié)構(gòu)氧化鈦納米片/碳化硅納米纖維及制備方法。

背景技術(shù)：

碳化硅(SiC)作為一種寬帶隙半導(dǎo)體，具有高擊穿電場(chǎng)、高臨界場(chǎng)強(qiáng)、高熱導(dǎo)率、良好的機(jī)械性能、耐高溫、抗輻射和耐腐蝕以及高載流子遷移速率等特性，它還與傳統(tǒng)微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)具有良好的兼容性，最高使用溫度可達(dá)到1000℃，是一種理想的半導(dǎo)體功能材料。

TiO₂是一種重要的n型半導(dǎo)體材料，具有成本低廉、無(wú)毒、自清潔作用、相對(duì)阻抗變化大和環(huán)境友好等優(yōu)異的理化性質(zhì)。特別是在800℃以上高溫條件下，仍可以保持其微觀形態(tài)和化學(xué)結(jié)構(gòu)不改變，在氣敏傳感、光催化和太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。但純的納米TiO₂在應(yīng)用過程中存在分散性差，容易團(tuán)聚的問題，只有部分TiO₂的活性位點(diǎn)可以得以應(yīng)用，大大降低了納米TiO₂的性能。具有三維核殼結(jié)構(gòu)的TiO₂可以將活性位點(diǎn)完全暴露在晶體表面，使反應(yīng)物與TiO₂能充分快速地接觸，提高反應(yīng)速率，因而可大大提高TiO₂的性能。

將活性TiO₂納米片負(fù)載于SiC納米纖維上，不僅可以有效防止納米TiO₂的團(tuán)聚，使納米TiO₂得以有效分散，同時(shí)TiO₂和SiC還可以形成異質(zhì)結(jié)，發(fā)揮異質(zhì)結(jié)的協(xié)同作用，提高纖維的性能。近年來(lái)，關(guān)于TiO₂/SiC復(fù)合物的研究也日益增多，但報(bào)道的TiO₂多為顆粒形態(tài)，所使用的SiC也主要是SiC顆?；蚺菽沾桑?，Kouamé等(KouaméA N,Masson R,Robert D,et al.β-SiC foams as a promising structured photocatalytic support for water and air detoxification[J].Catalysis Today,2013,209:13～20.)將SiC泡沫陶瓷浸漬于TiO₂的前驅(qū)體溶膠中，經(jīng)過凝膠和450℃空氣熱處理得到包覆TiO₂納米薄膜的SiC泡沫陶瓷，所得TiO₂/SiC復(fù)合陶瓷可以光催化降解水體中的劇毒性的敵草隆農(nóng)藥；Yamashita等(Yamashita H,Nishida Y,Yuan S,et al.Design of TiO₂-SiC photocatalyst using TiC-SiC nanoparticles for degradation of2-propanol diluted in water[J].Catalysis Today,2007,120(2):163～167.)先通過碳熱還原TiO₂/SiO₂顆粒得到TiC/SiC，然后在空氣中熱處理得到顆粒狀TiO₂/SiC異質(zhì)結(jié)催化劑，該催化劑在催化降解2-丙醇時(shí)表現(xiàn)出高的催化劑活性；Hao等(Hao D,Yang Z,Jiang C,et al.Photocatalytic effect of TiO₂coatings and p-type semiconductiveSiC foam supports for degradation of organic contaminant[J].Applied Catalysis B:Environmental,2014,144(1):196～202.)采用溶膠-凝膠法制備了多孔TiO₂/SiC泡沫陶瓷，對(duì)4-氨基苯磺酸的降解效率可達(dá)到100％。但他們所得到的TiO₂顆粒和SiC基片的比表面積較小，且TiO₂與SiC之間不具有三維核殼結(jié)構(gòu)，暴露的活性位點(diǎn)少，性能有待進(jìn)一步提高。

現(xiàn)有用于制備TiO₂納米片是有文獻(xiàn)報(bào)道的，但別人要么是長(zhǎng)在碳納米管上，要么是純的TiO₂，無(wú)法使TiO₂納米片在SiC納米纖維上生長(zhǎng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種核殼結(jié)構(gòu)氧化鈦納米片/碳化硅納米纖維及制備方法，該發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中所制備得到的氧化鈦納米片/碳化硅納米纖維核殼結(jié)構(gòu)較少，或無(wú)法制備得到氧化鈦納米片/碳化硅納米纖維的技術(shù)問題。

發(fā)明提供一種核殼結(jié)構(gòu)氧化鈦納米片/碳化硅納米纖維及制備方法，包括以下步驟：

將具有多孔結(jié)構(gòu)的碳化硅納米纖維按照碳化硅納米纖維與鈦酸丁酯的質(zhì)量比為1:60～600加入含鈦水熱反應(yīng)液中進(jìn)行水熱合成反應(yīng)，之后經(jīng)過退火處理得到核殼結(jié)構(gòu)氧化鈦納米片/碳化硅納米纖維；

含鈦水熱反應(yīng)液由體積分?jǐn)?shù)0.5～2‰的二乙烯三胺的異丙醇溶液與鈦酸丁酯，按二乙烯三胺的異丙醇溶液與鈦酸丁酯的體積比為1～10％混合而成；

水熱合成反應(yīng)：將碳化硅納米纖維加入到含鈦水熱反應(yīng)液中后密封，在160～240℃下，保溫16～36小時(shí)，然后冷卻至室溫，得到未退火處理的氧化鈦納米片/碳化硅納米纖維

進(jìn)一步地，二乙烯三胺的異丙醇溶液的體積分?jǐn)?shù)為0.6～1.2‰。

進(jìn)一步地，退火處理包括以下步驟：清洗未退火處理的氧化鈦納米片/碳化硅納米纖維≥3次，然后干燥，升溫至300～800℃，保溫1～5小時(shí)，冷卻至室溫，得到核殼結(jié)構(gòu)氧化鈦納米片/碳化硅納米纖維。

進(jìn)一步地，制備含鈦水熱反應(yīng)液時(shí)攪拌2～10分鐘。

進(jìn)一步地，清洗包括先用去離子水-乙醇混合液清洗，再用去離子水清洗；去離子水-乙醇混合液為去離子水和乙醇按體積比為1～5:1混合而成。

進(jìn)一步地，碳化硅納米纖維按以下步驟制得：

1)配制紡絲溶液：將納米碳纖維前驅(qū)體聚合物溶解于溶劑中配制成均相紡絲溶液，納米碳纖維前驅(qū)體聚合物在均相紡絲溶液中的濃度為5～50wt％；

2)靜電紡絲：對(duì)均相紡絲溶液進(jìn)行靜電紡絲，得到聚合物納米纖維；

靜電紡絲的工藝參數(shù)：所用噴頭為內(nèi)徑0.5～1.5mm的金屬針頭，紡絲電壓12～30kV，接收距離15～25cm，供料速率5～30μL/分鐘，紡絲溫度為10～60℃，空氣相對(duì)濕度為20～80RH％；

3)預(yù)氧化交聯(lián)：將聚合物納米纖維置于氧化爐中，以0.1～10℃/分鐘的升溫速率升溫至200～300℃，保溫0.5～5小時(shí)，進(jìn)行預(yù)氧化交聯(lián)，冷卻至室溫后得到不熔化納米纖維；

4)高溫?zé)桑簩⒉蝗刍{米纖維在惰性氣氛保護(hù)下，以1～10℃/分鐘的升溫速率升溫到600～2500℃，保溫0.5～3小時(shí)，熱解，得到納米碳纖維；

5)碳熱還原：將納米碳纖維與硅粉混合后放入剛玉坩堝中，在流量為0.1～1.0L/分鐘的惰性氣氛保護(hù)下，以3～10℃/分鐘的升溫速率加熱至1250～1600℃，保溫1～10小時(shí)，進(jìn)行碳熱還原反應(yīng)，得到碳化硅納米纖維；

硅粉與納米碳纖維按摩爾比大于1:1混合。

進(jìn)一步地，納米碳纖維前驅(qū)體聚合物為聚丙烯腈、酚醛樹脂或?yàn)r青；步驟1)中，溶劑為二甲基甲酰胺或二甲基亞砜；步驟4)中，惰性氣氛為純度≥99.999％的高純氬氣或高純氮?dú)狻?/p>

進(jìn)一步地，鈦酸丁酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1wt％～10wt％。

本發(fā)明的另一方面還提供了一種核殼結(jié)構(gòu)氧化鈦納米片/碳化硅納米纖維，按如上述的核殼結(jié)構(gòu)氧化鈦納米片/碳化硅納米纖維制備方法得到。

本發(fā)明的技術(shù)效果：

本發(fā)明提供核殼結(jié)構(gòu)氧化鈦納米片/碳化硅納米纖維制備方法，以多孔納米碳化硅纖維和鈦酸丁酯為原料，在二乙烯三胺和異丙醇的共同作用下，鈦氧化物優(yōu)先在碳化硅納米纖維表面形核并逐漸異向生長(zhǎng)，形成納米片形狀，并在之后的燒結(jié)過程中鈦氧化物逐漸結(jié)晶化，形成氧化鈦納米片通過水熱合成反應(yīng)制備出具有核殼結(jié)構(gòu)的TiO₂納米片/SiC納米纖維。

本發(fā)明提供核殼結(jié)構(gòu)氧化鈦納米片/碳化硅納米纖維制備方法，工藝過程簡(jiǎn)單，條件溫和，便于實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。

本發(fā)明提供核殼結(jié)構(gòu)氧化鈦納米片/碳化硅納米纖維，具有大量三維空間核殼結(jié)構(gòu)，所得納米纖維的比表面積高，附著在碳化硅納米纖維上的TiO₂納米片厚度和大小，可通過水熱條件調(diào)節(jié)。

具體請(qǐng)參考根據(jù)本發(fā)明的核殼結(jié)構(gòu)氧化鈦納米片/碳化硅納米纖維及制備方法提出的各種實(shí)施例的如下描述，將使得本發(fā)明的上述和其他方面顯而易見。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例1所得核殼結(jié)構(gòu)氧化鈦納米片/碳化硅納米纖維的SEM圖；

圖2為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例1所得核殼結(jié)構(gòu)氧化鈦納米片/碳化硅納米纖維的XRD圖；

圖3為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例1所得核殼結(jié)構(gòu)氧化鈦納米片/碳化硅納米纖維的光催化分解水-產(chǎn)氫量性能示意圖。

具體實(shí)施方式

構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。

本發(fā)明提供的核殼結(jié)構(gòu)氧化鈦納米片/碳化硅納米纖維制備方法，包括以下步驟：將具有多孔結(jié)構(gòu)的碳化硅納米纖維按照碳化硅納米纖維與鈦酸丁酯的質(zhì)量比為1:60～600加入含鈦水熱反應(yīng)液中進(jìn)行水熱合成反應(yīng)，之后經(jīng)過退火處理得到核殼結(jié)構(gòu)氧化鈦納米片/碳化硅納米纖維，含鈦水熱反應(yīng)液由體積分?jǐn)?shù)0.5～2‰的二乙烯三胺的異丙醇溶液與鈦酸丁酯按二乙烯三胺的異丙醇溶液與鈦酸丁酯的體積比為1～10％混合而成；

水熱合成反應(yīng)：將碳化硅納米纖維加入到含鈦水熱反應(yīng)液中后密封，置于160～240℃下，保溫16～36小時(shí)，然后冷卻至室溫，得到未退火處理的氧化鈦納米片/碳化硅納米纖維。

二乙烯三胺異丙醇溶液按照常規(guī)方式配置。此處所用鈦酸丁酯可以按現(xiàn)有常用鈦酸丁酯溶液，優(yōu)選為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1wt％～10wt％的溶液。

通過控制含鈦水熱反應(yīng)液中鈦酸丁酯與多孔碳化硅納米纖維反應(yīng)的質(zhì)量比、水熱反應(yīng)溫度和保溫時(shí)間是為了使得規(guī)則的納米片狀TiO₂能均勻生長(zhǎng)在多孔碳化硅納米纖維表面。

本發(fā)明提供核殼結(jié)構(gòu)氧化鈦納米片/碳化硅納米纖維制備方法，所用原料中的SiC纖維為多孔納米纖維，具有直徑小，比表面積大等特點(diǎn)，所制備的TiO₂納米片/SiC納米纖維具有三維核殼型分級(jí)結(jié)構(gòu)，如圖1所示，三維核殼結(jié)構(gòu)使得TiO₂納米片/SiC納米纖維具有較大的比表面積，由于SiC纖維表面直接均勻生長(zhǎng)TiO₂納米片，充分暴露了TiO₂納米片的活性位點(diǎn)，有利于提高TiO₂納米片/SiC納米纖維的氣敏和光催化等性能。所得核殼結(jié)構(gòu)氧化鈦納米片/碳化硅納米纖維中TiO₂納米片在SiC纖維表面分布均勻，能完全包覆在SiC納米纖維表面，具有很顯著的分級(jí)結(jié)構(gòu)。

所制備TiO₂納米片的平均厚度為1～15nm，寬度為10～100nm，相比較于體相材料中大部分原子處于材料內(nèi)部，本發(fā)明提供方法所納米纖維表面積/體積比大，即原子主要分布在材料表面，從而實(shí)現(xiàn)充分利用所得納米纖維上的絕大部分活性反應(yīng)位點(diǎn)，TiO₂的尺寸可以通過對(duì)合成條件的調(diào)控，實(shí)現(xiàn)調(diào)整，從而有利于便于批量生產(chǎn)。在光催化劑、氣體傳感器和發(fā)光二極管等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。

按上述方法制得的多孔碳化硅納米纖維具有比表面積大，易于規(guī)?；苽洹?/p>

尤其按該比例混合碳化硅納米纖維與鈦酸丁酯能保證所得納米纖維表面氧化鈦在碳化硅納米纖維表面的附著量，避免過度包附導(dǎo)致活性降低。所用含鈦水熱反應(yīng)液中使用了該體積分?jǐn)?shù)的二乙烯三胺的異丙醇溶液，有利于鈦酸丁酯的分散，同時(shí)能提高水熱合成反應(yīng)過程中氧化鈦纖維形成核殼結(jié)構(gòu)，提高所得納米纖維的活性。鈦酸丁酯的量太多則TiO₂會(huì)堆積在纖維上，納米片厚度也會(huì)增大，而TiO₂納米片太少，則納米片不能完全覆蓋SiC NFs。

優(yōu)選的，二乙烯三胺的異丙醇溶液的體積分?jǐn)?shù)為0.6～1.2‰。按此配置，所得的溶液，能提高鈦的溶解分散性，從而提高所得纖維表面的鈦分散均勻。

優(yōu)選的，退火處理：清洗未退火處理的氧化鈦納米片/碳化硅納米纖維≥3次，然后干燥，最后升溫至300～800℃，保溫1～5小時(shí)，冷卻至室溫，得到核殼結(jié)構(gòu)氧化鈦納米片/碳化硅納米纖維。在退火溫度和保溫時(shí)間下可得到結(jié)晶的TiO₂，而如果溫度超過則可能引起晶體結(jié)構(gòu)變化。而無(wú)法得到具有大量核殼結(jié)構(gòu)的納米纖維。

優(yōu)選的，清洗包括先用去離子水-乙醇混合液清洗，再用去離子水清洗；去離子水-乙醇混合液的體積比為1～5:1。去離子水-乙醇混合液可同時(shí)去除產(chǎn)品中的無(wú)機(jī)鹽和生成的有機(jī)雜質(zhì)如丁醇等。干燥為在80～120℃下干燥6～24小時(shí)。

優(yōu)選的，制備含鈦水熱反應(yīng)液時(shí)攪拌2～10分鐘?？墒光佀岫□コ浞值娜芙猓纬删鶆虻暮伔磻?yīng)液。

現(xiàn)有其它碳化硅納米纖維也可以用于本發(fā)明方法，優(yōu)選的，多孔碳化硅納米纖維的制備方法包括以下步驟：

1)配制紡絲溶液：將納米碳纖維前驅(qū)體聚合物溶解于溶劑中配制成均相紡絲溶液，納米碳纖維前驅(qū)體聚合物在均相紡絲溶液中的濃度為5～50wt％；

2)靜電紡絲：將步驟1)所得均相紡絲溶液進(jìn)行靜電紡絲，靜電紡絲所用的噴頭是內(nèi)徑大小為0.5～1.5mm的金屬針頭，紡絲電壓12～30kV，接收距離15～25cm，供料速率5～30μL/分鐘，紡絲溫度為10～60℃，空氣相對(duì)濕度為20～80RH％；在電場(chǎng)力作用下，紡絲溶液逐漸牽伸細(xì)化，同時(shí)溶劑揮發(fā)，形成聚合物納米纖維收集在接收器上；

3)預(yù)氧化交聯(lián)：將步驟2)得到的聚合物納米纖維置于氧化爐中，以0.1～10℃/分鐘的升溫速率升溫至200～300℃，保溫0.5～5小時(shí)，進(jìn)行預(yù)氧化交聯(lián)，冷卻至室溫后得到不熔化納米纖維；

4)高溫?zé)桑簩⒉襟E3)得到的不熔化納米纖維在惰性氣氛保護(hù)下，以1～10℃/分鐘的升溫速率升溫到600～2500℃，保溫0.5～3小時(shí)，熱解，得到納米碳纖維；

5)碳熱還原：將步驟4)得到的納米碳纖維與硅粉一起放入剛玉坩堝中，在流量為0.1～1.0L/分鐘的惰性氣氛保護(hù)下，以3～10℃/分鐘的升溫速率加熱至1250～1600℃，保溫1～10小時(shí)，進(jìn)行碳熱還原反應(yīng)，得多孔碳化硅納米纖維；硅粉與納米碳纖維的摩爾比大于1:1。

優(yōu)選的，納米碳纖維前驅(qū)體聚合物為聚丙烯腈、酚醛樹脂或?yàn)r青中的一種或任意種；步驟1)中，溶劑為二甲基甲酰胺或二甲基亞砜；步驟4)中，惰性氣氛為純度≥99.999％的高純氬氣或高純氮?dú)狻７乐寡鯕獾倪M(jìn)入，使碳在高溫條件下與氧反應(yīng)而損失。

具體的，本發(fā)明提供的方法包括以下步驟：

(1)在體積分?jǐn)?shù)0.5～2‰的二乙烯三胺的異丙醇溶液中，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1wt％～10wt％的鈦酸丁酯中，二者按體積比為1～10％混合，繼續(xù)攪拌2～10分鐘，得含鈦水熱反應(yīng)液；

(2)將多孔碳化硅納米纖維按照碳化硅納米纖維與鈦酸丁酯的質(zhì)量比為1:60～600的比例加入到步驟(1)所得含鈦水熱反應(yīng)液中，密封，置于160～240℃下，保溫16～36小時(shí)，然后冷卻至室溫，得未退火的氧化鈦納米片/碳化硅納米纖維；

(3)清洗步驟(2)所得未退火的氧化鈦納米片/碳化硅納米纖維≥3次，然后干燥，最后升溫至300～800℃，保溫1～5小時(shí)，冷卻至室溫，得核殼結(jié)構(gòu)氧化鈦納米片/碳化硅納米纖維。

本發(fā)明另一方面還提供了一種采用上述方法制備得到的核殼結(jié)構(gòu)氧化鈦納米片/碳化硅納米纖維。該纖維具有大量的三維核殼結(jié)構(gòu)，且該結(jié)構(gòu)處于納米纖維表面，參見圖1。優(yōu)選的，清洗包括先用去離子水-乙醇混合液清洗，再用去離子水清洗；去離子水-乙醇混合液的體積比為1～5:1。去離子水-乙醇混合液可同時(shí)去除產(chǎn)品中的無(wú)機(jī)鹽和生成的有機(jī)雜質(zhì)如丁醇等。干燥為在80～120℃下干燥6～24小時(shí)。

本發(fā)明提供的核殼結(jié)構(gòu)氧化鈦納米片/碳化硅納米纖維可以用于氣體傳感或光催化領(lǐng)域。

實(shí)施例

以下實(shí)施例和對(duì)比例中所用高純氬氣和高純氮?dú)獾募兌取?9.999％，所用濃鹽酸質(zhì)量濃度為37wt％，密度為1.18g/mL，其它所使用的化學(xué)試劑，如無(wú)特殊說(shuō)明，均通過常規(guī)商業(yè)途徑獲得。

實(shí)施例1

(1)在30ml體積分?jǐn)?shù)0.6‰的二乙烯三胺異丙醇溶液中，按二乙烯三胺的異丙醇溶液與鈦酸丁酯的體積比為1％加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5wt％的鈦酸丁酯，繼續(xù)攪拌5分鐘，得含鈦水熱反應(yīng)液；

(2)在水熱釜的聚四氟乙烯內(nèi)襯底部放置0.005g參考例2所得多孔碳化硅納米纖維，碳化硅納米纖維與鈦酸丁酯的質(zhì)量比為1:300，將步驟(1)所得含鈦水熱反應(yīng)液加入到聚四氟乙烯內(nèi)襯中，密封，隨后將水熱釜置于200℃的恒溫箱中，保溫20小時(shí)，然后冷卻至室溫，得未退火的TiO₂納米片/SiC納米纖維；

(3)先用去離子水-乙醇(v/v＝3:1)混合液清洗步驟(2)所得TiO₂納米片/SiC納米纖維3次，然后用去離子水清洗3次，再在80℃干燥箱中，干燥12小時(shí)，最后置于馬弗爐中升溫至400℃，保溫2小時(shí)，冷卻至室溫，得核殼結(jié)構(gòu)TiO₂納米片/SiC納米纖維。

如圖1所示，本實(shí)施例所得核殼結(jié)構(gòu)TiO₂納米片/SiC納米纖維中，TiO₂納米片平均厚度≤5nm，表面積/體積比大，充分暴露活性位點(diǎn)，平均寬度為50nm，TiO₂納米片在SiC纖維表面分布均勻，能完全包覆在SiC納米纖維表面，具有很顯著的分級(jí)結(jié)構(gòu)?；钚晕稽c(diǎn)為晶體表面某個(gè)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的點(diǎn)，整個(gè)晶體表面暴露越多，活性點(diǎn)越多。

如圖2所示為本實(shí)施例所得核殼結(jié)構(gòu)TiO₂納米片/SiC納米纖維的XRD譜圖，結(jié)果表明纖維中含有銳鈦礦結(jié)構(gòu)的TiO₂和立方相SiC。

將本實(shí)施例所得分級(jí)結(jié)構(gòu)TiO₂納米片/SiC納米纖維在常溫下以氙燈(300W)模擬太陽(yáng)光進(jìn)行光催化分解水制備氫氣實(shí)驗(yàn)。由圖3所示可知，核殼結(jié)構(gòu)TiO₂納米片/SiC納米纖維在4小時(shí)內(nèi)的產(chǎn)氫量超過14μmol，而純SiC納米纖維的產(chǎn)氫量約為10μmol，說(shuō)明該核殼結(jié)構(gòu)TiO₂納米片/SiC納米纖維具有較高的光催化性能。因此，所得核殼結(jié)構(gòu)TiO₂納米片/SiC納米纖維在光催化劑、氣體傳感器和發(fā)光二極管等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。

實(shí)施例2

(1)在30ml體積分?jǐn)?shù)1.2‰的二乙烯三胺異丙醇溶液中，按二乙烯三胺的異丙醇溶液與鈦酸丁酯的體積比為10％加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1wt％的鈦酸丁酯，繼續(xù)攪拌5分鐘，得含鈦水熱反應(yīng)液；

(2)在水熱釜的聚四氟乙烯內(nèi)襯底部放置0.005g參考例2所得多孔碳化硅納米纖維，碳化硅納米纖維與鈦酸丁酯的質(zhì)量比為1:60，將步驟(1)所得含鈦水熱反應(yīng)液加入到聚四氟乙烯內(nèi)襯中，密封，隨后將水熱釜置于160℃的恒溫箱中，保溫16小時(shí)，然后冷卻至室溫，得TiO₂納米片/SiC納米纖維；

(3)先用去離子水-乙醇(v/v＝3:1)混合液清洗步驟(2)所得TiO₂納米片/SiC納米纖維3次，然后用去離子水清洗3次，再在80℃干燥箱中，干燥12小時(shí)，最后置于馬弗爐中升溫至800℃，保溫5小時(shí)，冷卻至室溫，得核殼結(jié)構(gòu)TiO₂納米片/SiC納米纖維。

本實(shí)施例所得核殼結(jié)構(gòu)TiO₂納米片/SiC納米纖維中，TiO₂納米片平均厚度為≤5nm，平均寬度為30～60nm，TiO₂納米片在SiC纖維表面分布均勻形成核殼結(jié)構(gòu)，但不能完全包覆SiC納米纖維。

實(shí)施例3

(1)在30ml體積分?jǐn)?shù)0.5‰的二乙烯三胺異丙醇溶液中，按二乙烯三胺的異丙醇溶液與鈦酸丁酯的體積比為5％加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10wt％的鈦酸丁酯，繼續(xù)攪拌2分鐘，得含鈦水熱反應(yīng)液；

(2)在水熱釜的聚四氟乙烯內(nèi)襯底部放置0.005g參考例2所得多孔碳化硅納米纖維，碳化硅納米纖維與鈦酸丁酯的質(zhì)量比為1:600，將步驟(1)所得含鈦水熱反應(yīng)液加入到聚四氟乙烯內(nèi)襯中，密封，隨后將水熱釜置于240℃的恒溫箱中，保溫36小時(shí)，然后冷卻至室溫，得TiO₂納米片/SiC納米纖維；

(3)先用去離子水-乙醇(v/v＝5:1)混合液清洗步驟(2)所得TiO₂納米片/SiC納米纖維3次，然后用去離子水清洗3次，再在80℃干燥箱中，干燥12小時(shí)，最后置于馬弗爐中升溫至300℃，保溫1小時(shí)，冷卻至室溫，得核殼結(jié)構(gòu)TiO₂納米片/SiC納米纖維。

本實(shí)施例所得核殼結(jié)構(gòu)TiO₂納米片/SiC納米纖維中，TiO₂的納米片狀形貌不明顯，尺寸大小為≤30nm，平均寬度為30～60nm，TiO₂納米片在SiC纖維表面分布均勻形成核殼結(jié)構(gòu)，完全包覆SiC納米纖維上。

實(shí)施例4

(1)在30ml體積分?jǐn)?shù)1.2‰的二乙烯三胺異丙醇溶液中，按二乙烯三胺的異丙醇溶液與鈦酸丁酯的體積比為9％加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5wt％的鈦酸丁酯，繼續(xù)攪拌10分鐘，得含鈦水熱反應(yīng)液；

(2)在水熱釜的聚四氟乙烯內(nèi)襯底部放置0.01g參考例2所得多孔碳化硅納米纖維，碳化硅納米纖維與鈦酸丁酯的質(zhì)量比為1:150，將步驟(1)所得含鈦水熱反應(yīng)液加入到聚四氟乙烯內(nèi)襯中，密封，隨后將水熱釜置于200℃的恒溫箱中，保溫20小時(shí)，然后冷卻至室溫，得TiO₂納米片/SiC納米纖維；

(3)先用去離子水-乙醇(v/v＝1:1)混合液清洗步驟(2)所得TiO₂納米片/SiC納米纖維3次，然后用去離子水清洗3次，再在80℃干燥箱中，干燥12小時(shí)，最后置于馬弗爐中升溫至600℃，保溫2小時(shí)，冷卻至室溫，得核殼結(jié)構(gòu)TiO₂納米片/SiC納米纖維。

本實(shí)施例所得核殼結(jié)構(gòu)TiO₂納米片/SiC納米纖維中，TiO₂納米片明顯更厚，尺寸大小為≤15nm，但結(jié)晶性明顯提高，所得納米片寬度為30～60nm，TiO₂納米片在SiC纖維表面分布均勻形成核殼結(jié)構(gòu)，完全包覆SiC納米纖維上。

以上實(shí)施例中所用具有多孔結(jié)構(gòu)的納米碳化硅纖維按以下參考例中提供的方法制備得到。

參考例1

1)配制紡絲溶液：將聚丙烯腈粉末加入到二甲基甲酰胺(DMF)中，聚丙烯腈粉末與DMF質(zhì)量比為1.2:10(即聚丙烯腈的質(zhì)量濃度為10.7wt％)，攪拌使聚丙烯腈完全溶解，得均相紡絲溶液；

2)靜電紡絲：將步驟1)所得均相紡絲溶液進(jìn)行靜電紡絲，靜電紡絲所用的噴頭為內(nèi)徑0.8mm的金屬針頭，紡絲電壓為16kV，接收距離為20cm，供料速率為10μL/分鐘，紡絲溫度20℃，空氣相對(duì)濕度為60RH％，采用平板鋁箔接收器，制得納米聚丙烯腈原纖維；

3)預(yù)氧化交聯(lián)：將步驟2)得到的納米聚丙烯腈原纖維置于氧化爐中，以5℃/分鐘的速率升溫至280℃，保溫1小時(shí)，冷卻至室溫后，得到不熔化聚丙烯腈纖維；

4)高溫?zé)桑簩⒉襟E3)得到的不熔化纖維置于高純氮?dú)獗Ｗo(hù)下的高溫爐中，以5℃/分鐘的速率升溫至1000℃，保溫1小時(shí)，熱解，得到納米碳纖維；

5)碳熱還原：將步驟4)得到的納米碳纖維與硅粉(硅粉與納米碳纖維的摩爾比為2:1)置于剛玉坩堝中，在流量為0.15L/分鐘的高純氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下，以5℃/分鐘的速率升溫至1300℃，保溫3小時(shí)，得到多孔碳化硅納米纖維。

所得多孔納米碳化硅纖維平均直徑為200nm，直徑均勻，纖維為多孔結(jié)構(gòu)，比表面積為65.8m²/g。

參考例2

與參考例1的區(qū)別僅在于：步驟3)中，保溫的溫度為260℃；步驟5)中，升溫后的溫度為1500℃，保溫時(shí)間為2小時(shí)，保護(hù)氣為高純氬氣。

所得多孔納米碳化硅纖維平均直徑為200nm，直徑均勻，纖維為多孔結(jié)構(gòu)，比表面積為24.6m²/g。

參考例3

與參考例1的區(qū)別僅在于：步驟5)中，升溫后的溫度為1400℃，保溫時(shí)間為5小時(shí)，保護(hù)氣為高純氬氣。

所得多孔納米碳化硅纖維平均直徑為200nm，直徑均勻，纖維為多孔結(jié)構(gòu)，比表面積為19.6m²/g。

本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚本發(fā)明的范圍不限制于以上討論的示例，有可能對(duì)其進(jìn)行若干改變和修改，而不脫離所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的范圍。盡管己經(jīng)在附圖和說(shuō)明書中詳細(xì)圖示和描述了本發(fā)明，但這樣的說(shuō)明和描述僅是說(shuō)明或示意性的，而非限制性的。本發(fā)明并不限于所公開的實(shí)施例。

通過對(duì)附圖，說(shuō)明書和權(quán)利要求書的研究，在實(shí)施本發(fā)明時(shí)本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解和實(shí)現(xiàn)所公開的實(shí)施例的變形。在權(quán)利要求書中，術(shù)語(yǔ)“包括”不排除其他步驟或元素，而不定冠詞“一個(gè)”或“一種”不排除多個(gè)。在彼此不同的從屬權(quán)利要求中引用的某些措施的事實(shí)不意味著這些措施的組合不能被有利地使用。權(quán)利要求書中的任何參考標(biāo)記不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的范圍的限制。