[发明专利]一种制备非金属掺杂金属氧化物的方法

说明书

本发明涉及非金属元素掺杂金属氧化物的制备领域，具体为一种在特定气氛中热处理金属草酸化合物制备非金属掺杂氧化物的方法。利用金属草酸化合物层状结构通过简单处理实现金属氧化物的非金属元素(C,N,S等)掺杂，解决目前金属氧化物掺杂困难，工艺复杂等问题。选用合适的前驱体，通过湿化学反应获得金属草酸化合物，然后在氩气(包括氨气、硫化氢、氢气、氮气等其他不含氧气的气体)气氛下处理，得到非金属掺杂(C,C/N,C/S,N,S等掺杂)金属氧化物材料，实现体相掺杂，可解决金属氧化物光吸收范围窄、导电性差等不足。本发明所得到的材料制备方法简单，易操作，成本低，在光催化、储能等领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及非金属元素掺杂金属氧化物的制备领域，具体为一种在特定气氛中热处理金属草酸化合物制备非金属掺杂氧化物的方法。

背景技术

由于许多金属氧化物(如：TiO₂，SnO₂，Fe₂O₃,NiO，Co₃O₄等)具有高的稳定性、低成本、无毒、合适的电子结构等优点，在传统催化、光催化、太阳能电池、锂离子电池等领域引起广泛的关注和深入的研究。然而，多数金属氧化物的带隙较宽，意味着太阳光谱中的大部分可见光都无法被吸收，这对于金属氧化物在光催化中的应用是不利的。

同时，对于Li离子电池等储能领域来说，金属氧化物导电性较差导致电池循环性能差，非金属元素掺杂(C，N，S)是提高金属氧化物光吸收和导电性的一个重要方法，其中C掺杂金属氧化物的制备一般都是通过空气中煅烧金属碳化物(文献1：H.Irie et al,Carbon-doped Anatase TiO₂Powders as a Visible-light Sensitive Photocatalyst，Chemistry Letters)或将金属氧化物与含碳有机物混合后空气中烧结得到(文献2：T.Tachikawa et al，Photocatalytic Oxidation Reactivity of Holes in the Sulfur-and Carbon-Doped TiO₂ Powders Studied by Time-Resolved Diffuse ReflectanceSpectroscopy)。这些方法往往无法得均相掺杂的金属氧化物，不能实现光吸收带边整理红移，且制备过程相对复杂，不利于大量制备。因此，发展一种能实现体相碳掺杂、碳与其它非金属原子共掺杂的金属氧化物的制备方法具有重要的应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备非金属体相掺杂金属氧化物的方法，利用金属草酸化合物具有层状结构，通过气氛控制的热处理，实现金属氧化物体相的非金属(C,N,S等)(共)掺杂，解决金属氧化物作为功能材料所面临的吸光范围窄、导电性低的不足等问题。

本发明的技术方案是：

一种制备非金属掺杂金属氧化物的方法，选用合适的金属盐和草酸盐前驱体，经混合反应得到金属草酸化合物，经过清洗、干燥后，在不含氧气的气氛下加热处理，得到非金属掺杂的金属氧化物材料，并实现可见光吸收，提高导电性。

所述的制备非金属掺杂金属氧化物的方法，不含氧气的气氛为氩气、氢气、氮气、氨气、硫化氢之一种或两种以上混合气体。

所述的制备非金属掺杂金属氧化物的方法，非金属掺杂为C、N、S、C/N或C/S掺杂。

所述的制备非金属掺杂金属氧化物的方法，起始原料中，金属盐选用商业化的TiOSO₄或VOSO₄，草酸盐选用Li₂C₂O₄、Na₂C₂O₄或H₂C₂O₄。