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静电纺丝纳米纤维是一种具有大的比表面积、高的孔隙率,简单易制备的一维纳米材料,在油水分离、锂离子电池领域均具有重要的发展前景。过渡金属氧化物及其纳米复合材料由于其特殊的半导体性质、光电效应、压电效应、电磁效应等广泛应用于光、电、磁、催化、电池和传感等领域。本文主要研究了分层TiO2纳米棒阵列/碳纳米纤维膜在乳液油水分离方面的应用和CuO/碳纳米纤维复合材料在锂离子电池方面的应用:1.通过静电纺丝方法结合高温碳化制备出柔性碳纳米纤维膜,进一步通过水热法在碳纳米纤维表面定向生长一层TiO2纳米棒阵列,阵列之间的孔尺寸为几纳米-几十纳米之间,为典型的介孔材料。通过紫外光照射使TiO2纳米棒阵列/碳纳米纤维膜具有超亲水和水下超疏油性能,从而使纤维膜能够有效分离油水乳液。通过扫描电镜(SEM)观察纤维膜微观的形貌并研究了不同TBOT添加量、不同水热时间、不同水热温度以及不同酸浓度几个变量对纤维膜微观形貌的影响;并通过XRD、BET和接触角测试来表征纤维膜的结构和润湿性能。乳液油水分离结果显示了其优异的分离能力,分离效率可以达到99%以上。此外,TiO2纳米棒阵列/碳纳米纤维膜具有很强的耐腐蚀性能和高温耐受性,且循环使用8次后依然能够保持原来的形貌和分离能力,具有良好的循环使用性能。2.应用静电纺丝技术和随后的高温碳化和高温氧化过程制备了 CuO/碳纳米纤维复合材料。CuO具有较高的理论容量,且环境友好、易制备,但其作为锂离子电池负极材料体积膨胀严重,循环稳定性和倍率性能差。本实验通过碳作为支撑体来稳定CuO,以减小充放电过程中CuO体积改变引起的材料结构坍塌;同时碳的添加能够提高复合材料的电子导电性;通过将CuO嵌入碳纳米纤维来减小CuO颗粒直径,更小的颗粒直径有利于缩小离子传输路径,从而使得材料倍率性能有所提高。通过SEM、TEM、XRD和拉曼光谱研究了不同固含量、不同二水氯化铜含量以及不同碳化时间对复合材料形貌和结构的影响,结果表明:纤维直径随着固含量的增加而增加,二水氯化铜含量和碳化时间的增加都会使CuO颗粒直径增大。随后,我们将CuO/碳纳米纤维装配成半电池并对不同CuO含量的复合材料进行了电化学性能的测试。测试结果表明,相比纯的CuO,复合材料具有较好的循环稳定性和倍率性能。