[发明专利]一种Li、C、N三元共掺杂二氧化钛纳米材料的制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种Li、C、N三元共掺杂二氧化钛纳米材料的制备方法及应用，步骤如下：（1）将硝酸锂和尿素共同溶解于无水乙醇中，加入纳米管TiO₂，磁力搅拌混合直至无水乙醇完全挥发，得到混合物；（2）将步骤（1）中混合物置于坩埚中，惰性气体下恒温煅烧，得到三元共掺杂二氧化钛纳米材料。本发明采用纳米管TiO₂为前驱体，一步法即制备得到Li、C、N三元共掺杂的二氧化钛纳米材料，工艺简单，容易产业化，尤为重要的是在前驱体晶体结构和形貌发生变化的过程中同时实现三元共掺杂，掺杂元素可以在二氧化钛基体中分布均匀，从而获得结构精细、性能优良的二氧化钛材料。

技术领域

本发明涉及纳米材料制备及催化技术领域，具体涉及一种Li、C、N三元共掺杂二氧化钛纳米材料的制备方法及应用。

背景技术

TiO₂属于宽禁带半导体，紫外光照下，TiO₂可以光催化杀菌、有效降解空气中有害气体、去除水体污染中微量的有机污染物。为了利用太阳光谱中大量的可见光，对TiO₂进行掺杂是一种报道广泛的方法[Feng C, Wang Y, Zhang J, Yu L, Li D, Yang J, et al.The effect of infrared light on visible light photocatalytic activity: Anintensive contrast between Pt-doped TiO₂ and N-doped TiO₂. Appl Catal BEnviron. 2012;113-114:61-71.]。庄伟彬等通过在铜表面沉积胶体，然后进行电热烧结，制备性能优良的氮掺杂TiO₂粉[参加：庄伟彬、刘悦、李赫亮、吴博，一种氮掺杂TiO₂粉的制备方法，CN107670681A]。潘晓阳等采用溶胶凝胶法，以氮化碳作为模板剂、碳源和氮源制备得到一种氮掺杂TiO-C材料，用于硝基还原催化剂[参见：潘晓阳、龙佩青、易志国，一种氮掺杂TiO-C材料、其制备方法及应用，CN107983384A]。以上方法均可以使TiO₂材料的光吸收范围从紫外光向可见光拓展，同时表现出明显的可见光催化降解污染物的活性。但上述方法均只实现了一种或两种元素掺杂，并且存在金属掺杂不能均匀分布的问题。作为离子半径最小的Li离子，相对容易掺杂；再同时引进非金属C、N掺杂，需要一种相对高明的制备方法。

发明内容

本发明提出了一种Li、C、N三元共掺杂二氧化钛纳米材料的制备方法及应用，通过在纳米管二氧化钛内外表面原位分散掺杂剂，然后进行高温煅烧，制备得到一种具有可见光响应的Li、C、N共掺杂的二氧化钛纳米材料。

实现本发明的技术方案是：

一种Li、C、N三元共掺杂二氧化钛纳米材料的制备方法，步骤如下：

（1）将硝酸锂和尿素共同溶解于无水乙醇中，加入纳米管TiO₂，磁力搅拌混合直至无水乙醇完全挥发，得到混合物；

（2）将步骤（1）中混合物置于坩埚中，惰性气体下恒温煅烧，得到三元共掺杂二氧化钛纳米材料。

所述步骤（1）中纳米管TiO₂的制备方法为：将TiO₂和碱溶液混合于聚四氟乙烯反应器中，磁力搅拌反应，过滤、洗涤至中性，干燥得到纳米管TiO₂。

碱溶液为浓度8-20mol·L^-1的NaOH溶液，磁力搅拌温度为100-150℃，时间为20-30h。

所述步骤（1）中硝酸锂和纳米管TiO₂的质量比为（0.06-0.6）：1。

所述步骤（2）中煅烧温度为300-700℃，煅烧时间为1-6h。