[发明专利]高纯度N掺杂TiO2全介孔纳米纤维的制备方法

说明书

本发明公开的高纯度N掺杂TiO2全介孔纳米纤维的制备方法，包括如下步骤，1)、前躯体纺丝液的配置：将聚乙烯吡咯烷酮、钛酸丁酯、偶氮二甲酸二异丙酯和尿素溶解于无水乙醇和冰醋酸混合溶剂中形成均匀前躯体纺丝液；2)、前躯体纳米线制备：将步骤1)得到的前躯体纺丝液经纺丝得到前躯体纳米线；3)、纳米线的制备：将步骤2)得到的前躯体纳米线经高温煅烧即可获得高纯度N掺杂TiO2全介孔纳米纤维。本发明公开的纳米纤维制备工艺简单，生产方便，产品质量稳定性好。

技术领域

本发明涉及一种无机半导体光电材料的制备方法，特别是高纯度N掺杂TiO2全介孔纳米纤维的制备方法。

介孔材料指具有多孔结构且孔径在2到50纳米之间的材料；at％原子数百分含量。

背景技术

TiO2是一种重要的无机半导体光电材料，在光催化、污水处理和太阳能电池等领域得到了广泛应用。然而，由于TiO2是一种典型的宽禁带半导体(Eg＝3.2eV)，致使只有波长小于387nm的紫外光照射下才具有光激发活性，而这部分光能仅进占到地面上太阳能量的3％～5％，太阳能利用率非常低，极大的限制了TiO2材料的产业化应用和推广。研究表明，通过掺杂可以有效的缩小TiO2的禁带宽度，拓宽其光响应范围，其中N掺杂TiO2受到了普遍的关注。早在2001年，Asahi和他的合作者们在Science上报道了以NH3/Ar的混合气体作为氮源，对商品TiO2进行600℃高温氮化，使TiO2的禁带宽度变窄,而且在不降低紫外光下活性的同时, 使其具有可见光活性,自此掀开了N掺杂改性TiO2的研究热潮。目前制备N掺杂TiO2的方法主要有溅射法、钛醇盐水解法、高温焙烧法、脉冲激光沉积法、溶胶-凝胶法、机械化学法和加热含钛和氮的有机前驱体法等。

一维介孔结构的纳米材料，如全介孔纳米纤维相比传统的体材料，其典型的一维纳米结构和介孔构造赋予其独特的高表面积和高度有序的孔道，显示出更加广泛的应用前景。然而，上述提到的几种制备N掺杂TiO2的方法很难获得具有高纯度一维介孔结构的纳米材料，其应用仍然具有局限性。因此，探索一种有效制备高纯度N掺杂TiO2全介孔纳米纤维的方法成为了一个亟需解决的研究议题。

近年来，随着现代工业的快速发展，环境污染尤其是水体污染成为了目前人类亟需解决的问题之一。光催化作为一种的有效的氧化技术，在污水处理，分解各类生物难降解的有毒物质等领域得到了广泛应用。光催化技术的核心是高效光催化剂的开发，其中TiO2是最具代表性的光催化剂之一，因其无毒、良好的化学稳点性和无二次污染等优点，受到了研究者们的普遍关注。然而，从实际应用的角度考虑，传统的TiO2光催化剂仍然存在以下几个问题： 1)光谱响应范围<380nm，无可见光相应，太阳能利用率很低；2)商业的纳米粉体光催化剂在液相体系下极易团聚，光催化稳定性差且难以分离和回收；3)比表面积较低，对光催化参与物的吸脱附能力差，光催化效率较低。