DOI: 10.1016/j.coco.2022.101256

本研究设计并合成了一种由碳纳米纤维（CNF）和Cu颗粒组成的复合材料，其表面结合了含硫醇的二氧化硅颗粒。通过静电纺丝Cu2+/聚合物溶液以及随后的热解碳化制备了含均匀分布Cu颗粒的CNFs。通过改进的Stöber方法（一种合成单分散硅颗粒的物理化学方法）合成含硫醇的二氧化硅纳米粒子（T-Sil），并采用简单的浸渍工艺将其附着在铜粒子的表面，从而形成锚定T-Sil的铜粒子嵌入CNF（T-Sil/Cu-CNF）。对所得复合材料的形态和CNF中Cu颗粒的形成进行了彻底检查，并进一步将其用作水中Ni2+和Cu2+重金属离子的吸附材料。该化学步骤不仅挖掘了CNF基复合材料的水修复应用潜力，而且在不破坏结构的前提下为CNF材料的功能化提供了更多可能性，有利于扩大其在复杂复合材料中的适用性。

图1.T-Sil/Cu-CNF复合材料的制备过程。

图2.（a）PAN/PMMA纳米纤维、（b）掺入Cu2+的PAN/PMMA纳米纤维、（c）不含Cu2+的PAN/PMMA纳米纤维碳化制备的CNFs以及（d）掺入Cu2+的PAN/PMMA纳米纤维碳化制备的Cu-CNFs的SEM图像。

图3.（a）CNF（底部，黑色）和Cu-CNF（顶部，红色）的X射线衍射图以及（b）XPS全扫描和Cu（2p）多重光谱。

图4.（a）通过硫醇-Cu相互作用形成T-Sil/Cu-CNF复合材料的示意图，以及（b）T-Sil颗粒、（c）Cu-CNFs和（d）T-Sil/Cu-CNF复合材料的SEM图像。

图5.T-Sil/Cu-CNF对Cu2+（红色圆圈）和Ni2+（黑色圆圈）的吸附能力随时间的变化。实线和虚线分别为拟二级和拟一级动力学模型的拟合结果。