[发明专利]一种介孔表面缺陷Mn-N-TiO2微球光催化材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料合成技术领域，尤其涉及一种介孔表面缺陷Mn-N-TiO₂微球光催化材料及其制备方法。

背景技术

近年来，二氧化钛由于其低成本,可降解以及稳定的化学性质等特点在国内外已经引起了广泛关注,然而,二氧化钛由于其宽的带隙(3.2eV锐钛矿二氧化钛)以及载流子的快速复合使二氧化钛光催化剂的广泛应用是有限的。此外，仅吸收占不到太阳光5％的紫外光。这也极大地阻碍了其实际应用。因此，如何进一步提高TiO₂的光催化活性已成为当前活跃的研究课题。对二氧化钛的改进经历了不同的阶段。首先进行TiO₂本身的改进，研究者发现锐钛矿型二氧化钛具有更好的光催化效果。接下来是金属掺杂二氧化钛的时代，尤其以过渡金属掺杂的居多，但有报导称单一金属掺杂二氧化钛不具稳定性。紧接着又迎来了非金属掺杂二氧化钛的时代，B、C、F、N等阴离子掺杂二氧化钛不断被研究，但有报导称N掺杂有更稳定的光催化效果，为了拥有更好的光催化效果，金属非金属共掺杂的时代终于迎来了，huiying wei在200年做了镧氮共掺杂二氧化钛的相关研究；Ye Cong在2007年报导了关于铁氮共掺杂二氧化钛的文章，并指出了相应的机理和制备方法。

我们采用溶胶凝胶法用醋酸盐进行对二氧化钛的掺杂。在此基础上再对Mn-TiO₂材料进行氮化处理，获得大比表面积的介孔表面的微球。氮化处理的方法为氨气气氛氮化，氨气气氛提供N源的同时，也具有还原作用。在Mn-TiO₂中掺入N元素的同时也造成大量的表面缺陷，这对光催化也有促进作用。因此，具有介孔表面缺陷的Mn-N-TiO₂光催化材料拥有很大的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种介孔表面缺陷Mn-N-TiO₂微球光催化材料及其制备方法。本发明介孔表面缺陷Mn-N-TiO₂光催化材料尺寸在500-600nm之间，孔道较为均一、材料分散性好、比表面积较大，具有很好的应用前景。与其他方法相比，本发明具有过程简单，反应时间短，无需任何复杂的操作及特殊的设备等优点。

本发明采取的技术方案为：

一种介孔表面缺陷Mn-N-TiO₂微球光催化材料，包括制备介孔表面缺陷的Mn-TiO₂微球和氮化处理步骤，所述氮化处理所用氮源为氨气。

所述介孔表面缺陷的Mn-TiO₂微球制备中加入表面活性剂。

本发明还提供一种介孔表面缺陷Mn-N-TiO₂微球光催化材料的制备方法，所述方法包括：将表面活性剂溶于乙醇溶液中，搅拌一段时间表面活性剂充 分溶解后，加入含锰化合物的乙醇溶液，加入水，调低磁力搅拌转数，最后快速加入含钛化合物，搅拌后静置沉降，乙醇和/或水洗涤3次以上，干燥研磨得粉末，之后将粉末进行水热反应，将所得的产物在空气气氛中煅烧一段时间，再进行高温氮化处理，制备得到介孔表面缺陷Mn-N-TiO₂微球光催化材料。

表面活性剂与含钛化合物摩尔比为(0.1-2):1；表面活性剂与含钛化合物优选摩尔比为(0.2-2):1，最佳为0.5：1；所述含锰化合物包括：乙酸锰，氯化锰或硫酸锰中的一种或两种以上；所述含钛化合物为异丙醇钛、四氯化钛或硫酸氧钛中的一种或两种以上；所述表面活性剂为十六胺、十八胺或十二烷基磺酸钠中的一种或两种以上，在静置之前的操作步骤中，反应体系中加入水，水与含钛化合物的摩尔比为10-60：1，优选为10-30:1，最佳为20:1。

介孔表面缺陷Mn-N-TiO₂微球光催化材料中，Mn和Ti的摩尔比为0.02-10:100；Mn和Ti优选摩尔为0.1-2：100；所述的乙醇溶液中乙醇含量为98-99.5wt％，所述的静置沉降时间为10–20小时。

所述水热反应的方法为：将粉末转移至聚四氟乙烯为内衬的不锈钢高温高压反应釜中，加入乙醇和水的混合物作为溶剂，在120-180℃下，加热12-24h后，冷却至室温，所得产物用去离子水和无水乙醇分别清洗3遍以上，离心过滤，于50-60℃下真空干燥，得到Mn-TiO₂微球前驱体材料。

溶剂中乙醇和水的体积比为(1-3)：1。

将煅烧温度控制在400–600℃，煅烧温度优选为450-550℃；将煅烧时间控制在30min–2h。