[发明专利]钛缺失型岩盐结构氧氮化钛及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氧氮化钛及其制造方法，尤其涉及一种可见光区域中的光催化特性得到改善的钛缺失型岩盐结构氧氮化钛及其制造方法。

背景技术

二氧化钛(TiO₂)作为半导体性金属氧化物，比起形态与之类似的其他金属氧化物，从物理化学角度上看非常稳定，并具有3.2eV左右的带隙能量(band gap energy)，且在能源、环境、显示器、纤维以及医疗等领域中得到广泛的利用。

在二氧化钛(TiO₂)中，尤其是纳米气孔多孔体因具有规则的气孔排列和宽阔的比表面积而表现出优良的物性，因此在光催化、染料敏化太阳能电池(DSSCs)电极、氢电极等多样的领域中得到应用。

然而，作为光催化剂(photo catalyst)而被熟知的二氧化钛(TiO₂)因带隙能量为3eV以上，因此可见光区域(visible wavelength region)的光催化特性不佳。

另外，一氧化钛(TiO)具有可易于吸收可见光区域的波长的约为2.0eV的带隙能量。

一氧化钛(TiO)可具有岩盐结构，岩盐结构一氧化钛(TiO)在1250℃以上的条件下为稳定的物质，且常温下单斜晶系(monoclinic)稳定，因此以往是通过在高温下长时间维持之后急冷到常温的方法制作。而且，岩盐结构一氧化钛(TiO)可通过诸如下列方法的非平衡工艺(non-equilibrium process)制作：在蒸馏水内部执行激光消融(laser ablation)的方法；利用钛(Ti)金属和二氧化钛(TiO₂)的机械化学合成法(mechanochemical synthesis)；或者钛前驱体(titanium isopropoxide)的激光裂解(laser prolysis)法等。然而，这样通过施加瞬间性能量而利用非平衡工艺制作的岩盐结构一氧化钛(TiO)具有在稳定性方面脆弱的缺点。

发明内容

技术问题

本发明所要解决的技术问题为提供一种可见光区域中的光催化特性得到改善的钛缺失型岩盐结构氧氮化钛及其制造方法。

技术方案

本发明提供一种钛缺失型岩盐结构氧氮化钛(Ti_1-xO_1-yN_y，x和y为实数)，其中，表示钛缺失程度的x大于0且小于1，表示氮的引入程度的y大于0且小于1。

在所述钛缺失型岩盐结构氧氮化钛中，与钛缺失的程度相应地在岩盐结构的钛位形成空位(vacancy)，氮与钛形成结合，且氮在岩盐结构中以在氧位置换氧的形态存在。

所述钛缺失型岩盐结构氧氮化钛具有{111}劈理面。

所述钛缺失型岩盐结构氧氮化钛由内部中空的中空纳米粒子(hollow nano particle)构成。

岩盐结构的钛位的氧化价态具有超过+2且不足+3的范围，岩盐结构的氧位的氧化价态具有超过-3且不足-2的范围。

所述钛缺失型岩盐结构氧氮化钛具有低于二氧化钛(TiO₂)的带隙能量。

并且，本发明提供一种钛缺失型岩盐结构氧氮化钛的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：将二氧化钛(TiO₂)投入到炉；对所述炉进行加热，并使包含氮的气体流向投入有所述二氧化钛(TiO₂)的所述炉内；随着所述二氧化钛(TiO₂)的还原的进行，钛缺失而在岩盐结构的钛位形成空位(vacancy)，且氧被置换而在岩盐结构的氧位形成氮，从而使氮与钛形成结合；冷却所述炉而获得氧氮化钛，其中，获得的氧氮化钛为钛缺失型岩盐结构氧氮化钛(Ti_1-xO_1-yN_y，x和y为实数)，表示钛缺失程度的x大于0且小于1，表示氮的引入程度的y大于0且小于1。

优选地，通过所述加热而使所述炉内的温度维持为600～1000℃。

优选地，包含氮的所述气体可由NH₃或N₂组成，包含氮的所述气体以0.01～10cc/min的流量供应到所述炉内。