[发明专利]一种采用离子液体制备碳氮掺杂二氧化钛的方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米光催化材料和纳米功能材料制备领域，涉及一种离子液体制备碳氮掺杂二氧化钛的方法。

背景技术

二氧化钛（TiO₂）作为一种重要的光敏催化剂和一种合成原料，在太阳能电池、光的催化氧化、有机物降解、水还原制氢、纳米功能材料合成比如锂电池负极材料钛酸锂合成等方面具有重要应用。金红石型二氧化钛禁带宽度3.0 eV，锐钛矿型3.2 eV，在太阳光紫外光部分具有吸收，但阳光中长波长可见光利用率较低。提高二氧化钛对阳光吸收的量子效率成为其研究和应用的重要方面。2001年Asahi 等（R. Asahi, T. Morikawa, T. Ohwaki, K. Aoki, Y. Taga, Visible - Light Photocatalysis in Nitrogen-Doped Titanium Oxides. Science, 2001, 293:269 - 271）首先报道了N 掺杂TiO₂降低二氧化钛能隙，使TiO₂在可见光具有吸收，提高了对阳光的利用率。硼、碳、氮、硫、氯等其他元素掺杂成为二氧化钛光催化研究领域的一个重要发展方向。

同时，硼、碳、氮、硫、氯等其他元素掺杂的二氧化钛也为制备其他功能性材料提供了新的合成途径。

掺杂二氧化钛的技术很多。张延宗等人（CN 102205236A，一种碳掺杂二氧化钛复合材料的制备方法及其应用）公开了三氯化钛水解和蔗糖碳化生成碳掺杂二氧化钛复合材料的方法。张礼知等人（CN 101332436，碳氮硫三元素共掺杂二氧化钛光催化剂的低温制备方法）公开了一种四氯化钛和L-半胱胺酸水热法制备碳氮硫三元素共掺杂二氧化钛的方法。封心建等人（CN 1506154，氮掺杂二氧化钛粉体的制备方法）公开了一种钛盐和氨水反应煅烧制备掺氮二氧化钛的方法。聂龙辉等人（CN 102091644A，一种碳-氮-氯共掺杂纳米二氧化钛光催化剂的制备方法）公开了一种通过氯化钛水解和氨水、糖煅烧生成碳-氮-氯共掺杂纳米二氧化钛纳米材料。上述这些方法都采用水热法、溶胶凝胶法或者反应中使用氨气，反应过程复杂，设备要求高。

离子液体是最近几年的是一个重要研究热点，含有丰富的碳、氮等元素，主要用于取代传统的有机溶剂在有机反应中充当反应介质和催化材料，因为在反应中无污染，被称为“绿色溶剂”。

但是，采用离子液体直接作为反应物，制备碳氮掺杂二氧化钛的方法还未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用离子液体作为原材料制备碳氮掺杂二氧化钛的方法。本发明的方法中，直接采用离子液体作为反应物。

针对现有技术中的不足，本发明采用如下技术方案：

一种采用离子液体制备碳氮掺杂二氧化钛的方法，包括以下步骤：将作为钛源的二氧化钛和同时作为碳源和氮源的离子液体混匀，将得到的混合物置于真空和/或保护气体氛围中，进行煅烧，自然冷却，得到碳氮掺杂二氧化钛。

优选的，所述离子液体包括至少含碳、氮元素的亲水性离子液体和/或至少含碳、氮元素的疏水性离子液体。

优选的，所述离子液体包括咪唑类、吡啶类、季铵类、吡咯烷类、哌啶类、季鏻类、功能化离子液体中的至少一种；所述咪唑类包括二取代咪唑类、三取代咪唑类中的至少一种；所述功能化离子液体包括钖盐、N-烷基咪唑、胺基功能化类、磺酸功能化类、羟基功能化类、氰基功能化类、烯基功能化类、醚基功能化类、苄基功能化类、羧基功能化类、酯基功能化类、胍类离子液体中的至少一种。