[发明专利]一种N掺杂的二氧化钛微球的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及TiO₂微球的制备技术领域，具体涉及一种N掺杂的TiO₂微球的制备方法。

背景技术

TiO₂是一种重要的无机材料，具有大的比表面积、高表面活性、热导性好、光吸收性能好和分散性好等独特的物理化学性能，广泛应用于光催化剂、太阳能电池、气体传感器等领域。TiO₂的禁带宽度为3.2eV（锐钛矿型），吸收波长小于388nm，吸收波段局限于紫外光区，这意味着TiO₂只能利用少量的太阳光（3~5%），而在太阳光中占大多数的可见光（约45%）却无法利用。为了拓展在可见光区的吸收，进一步提高纳米材料性能（参见Burda C, Lou Y, Chen X,et a1 J].Nano letters,2003,3(8):1049—1051.），对其进行离子掺杂是一种有效方法。如阴离子(如C、N、B、S、F、Cl)、阳离子(如Fe³⁺、Mo⁵⁺、Na⁺/Mg²⁺等)以及金属(如Pt、Au、Cr、Ag、V)掺杂来提高其光催化活性的报道层出不穷。另外在光催化过程中纳米级TiO2具有好的催化性能，但是在使用过程中具有容易失活、易团聚和难回收等缺点，限制了其在降解水中污染物这方面的应用。而微米级TiO₂可以有效地避免这些缺点，而且可以回收重复利用，有效地提高了其利用率。目前TiO₂微球制备已经成为纳米科学的一个研究方向。目前，制备TiO₂球形颗粒的方法主要有溶胶-凝胶法、沉淀法、乳液法、以及溶剂热法等。

国内外研究者围绕制备TiO₂球形颗粒展开了大量的研究，并取得了一定的成效。Kim, Y.J. 等（参见Kim, Y.J,Advanced Materials, 2009. 21(36): p. 3668-3673.）采用溶剂热法，用甲醇，乙腈作为溶剂制备了TiO₂微球。但该方法引入了人有毒的乙腈、甲醇。此外，这种微球对可见光的吸收很小，需要进行掺杂以扩展TiO₂光响应范围。Yu, H.K.等（参见 Yu, H.K Chemistry of Materials, 2008. 20(8): p. 2704-2710.）用Tween 20 和Pluronic P123作为表面活性剂制备了粒径可以控制的微球，但原料成本比较贵，所以降低原料成本也是一个很大的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种N掺杂的TiO₂微球的溶剂热制备方法，该方法在制备微球的时候同时进行了N掺杂，能较好地拓展TiO₂材料的吸收光谱和光散射性能，在光催化和光化学电池中有广泛的应用前景。

本发明的目的是这样实现的：将盐酸与钛酸四丁酯的混合液倒入尿素与乙醇和水的混合液中搅拌均匀，其中乙醇：水：尿素：盐酸：钛酸四丁酯的摩尔比为 （111.2~130）:（0~78.8）: (5~1): (5~1):1；将混合溶液转移到压力溶弹中于80～160℃保温2～10小时，收集底部沉淀，将沉淀在300～500℃下煅烧2小时得到N掺杂二氧化钛微球。

本发明提供的N掺杂的TiO₂微球的溶剂热制备方法，该方法能同时实现二氧化钛微球的制备和氮掺杂，能较好地提升二氧化钛材料的光散射和拓展其吸收光谱范围。而且该方法工艺简单、成本低廉，稳定性好，在光催化和染料敏化太阳能电池等领域有广泛的应用前景。

附图说明

图1为盐酸和钛酸丁酯的摩尔比为2:1时二氧化钛微球的形貌。

图2为盐酸和钛酸丁酯的摩尔比为2.6:1时二氧化钛微球的形貌。

图3为盐酸和钛酸丁酯的摩尔比为3.3:1时二氧化钛微球的形貌。

图4为盐酸和钛酸丁酯的摩尔比为 4:1 时二氧化钛微球的形貌。

图5为加入乙醇于水的摩尔比为111.2:78.8时二氧化钛微球的形貌。

图6为制备的N掺杂微球和P₂₅的紫外-可见吸收光谱比较。盐酸和钛酸丁酯的摩尔比为2.6:1。

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式