DOI:10.1016/j.mtnano.2020.100088
電紡陶瓷納米纖維可作為催化劑的理想載體，但在制備過程中往往會受到晶粒快速生長的限制，從而失去其優越的性能。在這項工作中，研究者報告了由TiO2和Al2O3混合物制備而成的抑制晶粒生長的納米纖維，其平均晶體尺寸為22.2 nm，在900℃下銳鈦礦的含量為47.1wt％。Al2O3位于TiO2納米晶粒的晶界處，這顯著阻礙了相鄰TiO2納米晶粒之間的聚結。更有趣的是，Al2O3自發地遷移到表面，從而自然形成了纖維上的顆粒形態。當用作載體時，Al2O3/TiO2納米纖維通過利用保存良好的晶界和銳鈦礦相，提高了對Pt納米顆粒的附著力。此外，雙氧化物結構建立了動力學瓶頸，以防止Pt納米粒子穿過載體彼此附著或融合。因此，即使在高達500℃的燒結溫度下，鉑納米粒子仍然保持穩定，其超近鄰距離為4.56 nm。該耐燒結催化劑在高溫下對液相加氫和氣相氧化反應（碳煙氧化）均顯示出高活性。這種堅固且熱穩定的催化劑可進一步用于催化碳煙氧化，在排放控制中具有廣闊的應用前景。
圖1.（A-B）納米纖維的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像，該納米纖維由5wt％Al2O3和95wt％TiO2（AT-5）的混合物在900℃的空氣中煅燒2小時制成，呈現出纖維上的顆粒形態。由AT-5納米纖維獲得的（C）全掃描、（D）O 1s、（E）Ti 2p和（F）Al 2p高分辨率X射線光電子能譜（XPS）圖。
圖2.（A）原始TiO2納米纖維與Al2O3和TiO2的混合物制備的納米纖維在700℃下煅燒的透射電子顯微鏡（TEM）圖像，其中后者的Al2O3重量比分別為（B）5wt％（AT-5）、（C）15wt％）（AT-15）和（D）30wt％（AT-30）。在高達900℃的高溫下煅燒后，在（E）原始TiO2納米纖維中觀察到竹樣結構，而（F）AT-5、（G）AT-15和（H）AT-30顯示納米顆粒的尺寸要小得多。
圖3.（A）在900℃下煅燒的原始TiO2、AT-5、AT-15和AT-30納米纖維的X射線衍射（XRD）圖，以及（B）根據Scherrer公式計算得出的平均納米晶體尺寸，以及相應的銳鈦礦分數與Al2O3/TiO2納米纖維中Al2O3含量的關系。
圖4.（A）原始TiO2、（B）AT-5、（C）AT-15和（D）AT-30納米纖維表面的TEM圖像。紅色虛線表示顆粒表面的二面角。
圖5.負載在（A）TiO2、（B）AT-5、（C）AT-15和（D）AT-30納米纖維表面的約3 nm Pt納米顆粒的TEM圖像，以及（E）Pt納米粒子的最鄰近距離與Al2O3含量的關系。黑色箭頭表示Al2O3納米顆粒。
圖6.負載在（A）原始TiO2、（B）AT-5、（C）AT-15和（D）AT-30納米纖維上的Pt納米粒子分別在空氣中于500℃煅燒后的TEM圖像。（E）在空氣中于500℃熱處理后，不同基材上負載的Pt納米顆粒的相應尺寸演變，通過ΔR（％）進行定量估算。
圖7.（A）35分鐘內，在AT-15納米纖維（Pt@AT-15）上負載的Pt納米粒子存在下，對硝基苯酚向對氨基苯酚的轉化。（B）在500和600℃下煅燒前后，Pt@AT-15催化還原過程中對硝基苯酚的標準化濃度變化。（C）與Pt濃度相關的反應恒定速率（Kc）和熱處理溫度的關系圖。（D）在500℃下負載的Pt納米顆粒對Al2O3含量的催化活性和尺寸演變。
圖8.（A）純Printex-U以及Pt@AT-15或AT-5與20wt％Printex-U的混合物在松散接觸模式下的TG和DTG曲線。（B）煙灰轉化曲線。（C）煙灰燃燒后Pt@AT-15的TEM圖像以及相應的Pt納米顆粒直徑分布。
