氮摻雜銳鈦礦型二氧化鈦的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氮摻雜銳鈦礦型二氧化鈦的制備方法，屬于二氧化鈦光催化材料的制備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]光催化材料對環(huán)境修復(fù)很重要，已經(jīng)被應(yīng)用在多種領(lǐng)域，如凈化空氣、水，除臭，分解水和太陽能轉(zhuǎn)化成電能等。直到現(xiàn)在，已有許多種光催化劑，其中二氧化鈦因其光生空穴的強氧化力能夠有效除去多種有毒有機化合物和有害材料，被認(rèn)為是最有前景的光催化材料。二氧化鈦在紫外區(qū)有寬的帶隙和吸收(銳鈦礦電磁帶隙=3.2eV)。然而，只有約4%的太陽能光子在紫外線范圍，因此限制了在現(xiàn)實中的利用。提高可見光活性光催化材料和太陽能效率已成為該領(lǐng)域的研究人員的首要目標(biāo)。非金屬摻雜的方法已被用來制備具有可見光響應(yīng)的光催化材料，成為近年來熱門研究領(lǐng)域。非金屬摻雜通過縮小光催化劑的導(dǎo)帶、禁帶的間隙，得到具有可見光響應(yīng)的光催化材料，其中氮是最有前景的摻雜劑之一。
[0003]由于氮與氧原子大小相近，電離能小且具有高穩(wěn)定性，因此氮可以很容易的引入二氧化鈦的結(jié)構(gòu)。1986年，Sato發(fā)現(xiàn)在二氧化鈦溶膠中添加NH4OH,煅燒沉淀物可以得到在可見光下響應(yīng)的材料[S.Sato,Chemical Physics Letters 123( 1986) 126-128].2001 年，由Asahi發(fā)表的氮摻雜二氧化鈦可見光活性降解亞甲基藍(lán)和乙醛引起了對非金屬摻雜二氧化欽的研究熱情[R.Asahi ,T.Morikawa,T.0hwaki ,K.Aoki ,Y.Taga,Science 293(2001)269-271].制備大量或者表面摻雜氮的二氧化鈦，通過干法和濕法兩種制備方法。其中干法制備包括濺射、離子注入等利用氮離子直接處理二氧化鈦的物理技術(shù)，以及反應(yīng)氣相法，原子層沉積、脈沖激光沉積等方法。濕法制備中最通用的氮摻雜二氧化鈦納米顆粒合成技術(shù)是溶膠-凝膠方法[Miguel Pelaez ,Environmental 125(2012)331-349] ?而以上制備方法大多都涉及到NH3下處理二氧化鈦，進(jìn)而得到氮摻雜二氧化鈦材料。因而實驗上存在NH3毒性、摻雜效率低、實驗過程復(fù)雜、操作繁瑣等缺點。本發(fā)明提出的制備方法，通過氮化鈦煅燒氧化生成具有可見光響應(yīng)的光催化材料，方法簡單，避免了使用有毒的NH3。
[0004]二氧化鈦中的氧空位作為淺陷阱，可以俘獲電子，增加電子空穴的分離時間是光催化反應(yīng)的關(guān)鍵。而金紅石型二氧化鈦是穩(wěn)定的晶型，晶體結(jié)構(gòu)好，晶體缺陷少，因而其氧空位較銳鈦礦型二氧化鈦含量少。得到以銳鈦礦型為主的二氧化鈦結(jié)構(gòu)，更大程度的提高可見光響應(yīng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供的一種氮摻雜銳鈦礦型二氧化鈦的制備方法。其特點是以氮化鈦納米粉末為原料，在沒有NH3存在下進(jìn)行二次氧化處理，氧化成TiNxOy,形成具有銳鈦礦型的二氧化鈦，在很大程度上提升了二氧化鈦中氮的含量，提高了材料對可見光的吸收。
[0006]本發(fā)明的目的由以下技術(shù)措施實現(xiàn)，其中所述原料份數(shù)除特殊說明外，均為重量份數(shù)。
[0007]氮摻雜銳鈦礦型二氧化鈦的制備方法包括以下步驟:
[0008](I).將平均粒徑為20?50nm氮化鈦7?10份，優(yōu)選為8.5?9份，置于馬弗爐中，在溫度380?420°C，優(yōu)選為395?405°C，恒溫煅燒15?90min，優(yōu)選為30?60min，降至室溫，將樣品從馬弗爐中取出，獲得樣品I。
[0009](2).將上述樣品I置于馬弗爐中，在溫度330?370°C，優(yōu)選為345?355°C恒溫煅燒I?8h，優(yōu)選為2?6h，降至室溫，將樣品從馬弗爐中取出，獲得氮摻雜銳鈦礦型的二氧化鈦材料。
[0010]氮摻雜銳鈦礦型二氧化鈦的制備方法制備得到的氮摻雜銳鈦礦型二氧化鈦材料。
[0011]氮摻雜銳鈦礦型二氧化鈦材料用于凈化空氣、水，除臭，分解水和太陽能轉(zhuǎn)化成電會K。
[0012]結(jié)構(gòu)表征與性能測試:
[0013]1、采用紫外可見固體漫反射對樣品I的吸收光譜進(jìn)行表征，詳見圖1所示。
[0014]由圖1得知，隨煅燒時間的增長，氧含量不斷增加，材料對可見光的吸收逐漸減弱，但在400?500nm處出現(xiàn)可見光吸收平臺。
[0015]2、采用固體粉末衍射對樣品I進(jìn)行表征，詳見圖2所示。
[0016]由圖2得知，隨煅燒時間增長，銳鈦礦型二氧化鈦的峰不斷增強，而氮化鈦的峰不斷減弱。
[0017]根據(jù)圖1、圖2，在溫度400°C恒溫30min的樣品已生成明顯的銳鈦礦型二氧化鈦峰，且保有部分氮化鈦，對可見光仍有較高吸收。
[0018]3、采用紫外可見固體漫反射對樣品2的吸收光譜進(jìn)行表征，詳見圖3所示。
[0019]4、采用固體粉末衍射對樣品2進(jìn)行表征，詳見圖4所示。
[0020]由圖4得知，隨煅燒時間增長，銳鈦礦型二氧化鈦的峰不斷增強，而氮化鈦的峰不斷減弱，在溫度350°C恒溫4h以后的樣品已沒有氮化鈦峰。
[0021]5、采用紫外-可見分光光度計檢測上清液中羅丹明B的含量，詳見圖5所示
[0022]從圖5得知，實施例3在可見光照射下對羅丹明B具有光降解作用。
[0023]6、采用紫外-可見分光光度計檢測上清液中羅丹明B的含量，詳見圖6所示
[0024]從圖6得知，實施例5在可見光照射下對羅丹明B具有光降解作用。
[0025]本發(fā)明具有如下優(yōu)點:
[0026]1、本發(fā)明制備出氮摻雜銳鈦礦型二氧化鈦。不僅在很大程度上保證且提升了二氧化鈦中氮的含量，并且高溫低溫兩次煅燒制備的材料與一次恒溫煅燒得到的材料相比，具有更強的可見光吸收能力。
[0027]2、樣品中含有的Ti3+，更有利于聚集電子，防止電子與空穴的復(fù)合，可以減緩氧化生成二氧化鈦的速率，使樣品均勻被氧化，形成均勻的氮摻雜銳鈦礦型二氧化鈦。并且在400?500nm處產(chǎn)生具有光催化能力的可見光吸收平臺。
【附圖說明】
[0028]圖1為在溫度400°C恒溫煅燒樣品紫外可見固體漫反射吸收光譜圖
[0029]圖2為在溫度400°C下恒溫煅燒樣品固體粉末衍射圖。
[0030]圖3為在溫度350°C恒溫煅燒樣品紫外可見固體漫反射吸收光譜圖[0031 ]圖4為在溫度350°C恒溫煅燒樣品固體粉末衍射圖
[0032]圖5采用紫外-可見分光光度計檢測上清液中羅丹明B的含量圖
[0033]圖6采用紫外-可見分光光度計檢測上清液中羅丹明B的含量圖
【具體實施方式】
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