[发明专利]一种氮掺杂TiO2空心纳米材料的制备方法有效

专利信息
申请号: 201611159127.3 申请日: 2016-12-15
公开(公告)号: CN106732724B 公开(公告)日: 2019-07-09
发明(设计)人: 谢水奋;王伟;刘凯;王媛媛 申请(专利权)人: 华侨大学
主分类号: B01J27/24 分类号: B01J27/24;B01J35/00
代理公司: 厦门市首创君合专利事务所有限公司 35204 代理人: 张松亭;陈淑娴
地址: 362000*** 国省代码: 福建;35
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摘要:
搜索关键词: 一种 掺杂 tio2 空心 纳米 材料 制备 方法
【说明书】:

发明涉及一种以TiOF2纳米立方体为模板、尿素为氮源,制备可见光响应氮掺杂TiO2空心纳米材料的方法,是通过溶剂热方法合成得到具有立方体结构的TiOF2纳米立方体;将TiOF2纳米立方体粉末与不同量的尿素一同置于密闭的管式炉中加热处理,尿素分解产生的NH3参与到TiOF2受热分解晶格重构生成TiO2的过程中,从而实现N掺杂,产物形成空心的立方体盒子结构,表面由TiO2{001}晶面组成。该方法产物中氮的掺杂量可以简单地通过控制尿素的使用量来调控,从而调节产物在可见光区域的吸收范围和吸收强度。本发明方法操作简单,适用的反应温度较宽,原料的使用量和比例可在较大的范围内调控,可控性好,具有很强的普适性。

技术领域

本发明涉及一种以氟氧钛纳米立方体为模板制备可见光响应氮掺杂二氧化钛空心纳米材料的方法。

背景技术

高效光催化纳米材料的研发是目前发展太阳能利用,解决全球能源紧缺问题的重要研究方向。众所周知,提高光催化纳米材料的活性主要从以下三个方面入手:(1)增强光生电子和空穴的分离,抑制激子复合;(2)扩大光催化材料的有效比表面积,增加光催化表面活性位点;(3)提高光催化材料对太阳光的吸收效率。长期以来,结构控制合成,包括富含特定晶面的形貌控制和异质复合等手段,被广泛应用于延长光生电子和空穴寿命,使其有效地参与到催化还原或氧化反应中;此外,超薄、空心和多孔纳米结构的设计合成能有效地提高光催化材料的比表面积;而异种元素掺杂的策略则被有效的利用于扩宽光催化材料对太阳光的吸收范围,提高其光吸收效率。

二氧化钛(TiO2)纳米材料是一种无毒、低廉且高效的光催化剂,具有广阔的实际应用前景。表面研究表明,不同的裸露晶面拥有不同的表面结构和表面能,从而导致TiO2纳米晶体的光催化性能的差异。控制合成具有特殊表面结构和形貌的TiO2纳米材料近几年来受到了广泛的研究。例如,2008年澳大利亚Lu Gaoqing等人成功通过F-离子的稳定作用,合成出{001}晶面裸露比例为47%的锐钛矿TiO2微米晶体,并证实TiO2{001}晶面具有较高的光催化活性(Nature 2008,453,638-641)。这是因为对于锐钛矿晶型的TiO2来说,{001}晶面拥有比相对常见的{101}、{100}晶面更高的表面自由能(0.90J/m2>0.44J/m2和0.53J/m2)。此外,许多研究小组也致力于TiO2空心纳米结构研究合成。例如,Li Xinguang等利用碳微球为模板,通过水热合成得到具备多孔壁结构的空心TiO2纳米微球(ACS Appl.Mater.Interfaces 2016,8,23006–23014)。Yin Yadong等利用二氧化硅球为模板,通过溶胶-凝胶法依次包覆上无定形TiO2和二氧化硅,随后通过热处理和模板去除,制备得到空心TiO2纳米球 (Adv.Funct.Mater.2012,22,166–174)。然而,锐钛矿TiO2是一种宽禁带半导体材料,其禁带宽度达到了3.2eV,这表明本征的锐钛矿TiO2只能吸收紫外光。因为紫外光只占太阳光的 4%左右,大大限制了其对太阳光的利用效率。近年来,非金属元素掺杂或者异质修饰的策略被广泛运用于拓宽TiO2纳米材料对可见光的响应范围。

发明内容

本发明的目的在于开发一种简易地制备具有可见光响应同时具备特定表面结构和空心结构的氮掺杂TiO2空心纳米材料的合成方法。

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