[发明专利]一种Zn/N双掺杂的一氧化钛材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种Zn/N双掺杂的一氧化钛材料及其制备方法，包括以下步骤：(1)将聚丙烯腈溶解在N，N‑二甲基甲酰胺中，加入二氧化钛搅拌后，再加入硝酸锌一起搅拌；(2)加热至液体完全挥发，将得到的固体在氨气的条件下高温处理，降温后得到所述的Zn/N双掺杂的一氧化钛材料。与现有技术相比，本发明结合金属氧化物、碳和杂原子之间的强氧化桥效应，有效提高Zn/N共掺杂金属氧化物材料的光催化性能。

技术领域

本发明涉及一种光催化材料，尤其是涉及一种Zn/N双掺杂的一氧化钛材料及其制备方法。

背景技术

近年来，由于由化石燃料燃烧引起的一系列气候问题，可再生能源的发展已变得迫在眉睫。将二氧化碳转化为碳氢化合物是解决当前温室效应和能源危机的最有效方法。目前，与高能量需求的二氧化碳捕集和地质封存相比，二氧化碳的转化或再利用似乎更具吸引力，长期可行和有希望的途径同时解决能源和环境问题。在目前众多转化二氧化碳技术中，使用太阳能与非均相光催化剂，通过光转化将H₂O和CO₂转化为经济价值更高的产物，模仿自然光合作用，并通过更加环保的方式完美地实现太阳能燃料和高价值化学品(如CO，甲酸，甲烷和甲醇)的生产，相比自然光合作用，人工光合作用更为简单，因此具有较高的发展潜力。但是，光催化还原二氧化碳面临着许多的挑战，例如，光吸收能力差，产物生成速率低下，活性差等。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种Zn/N双掺杂的一氧化钛材料及其制备方法。改善光催化剂波长吸收，活性差等问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明第一方面提供一种Zn/N双掺杂的一氧化钛材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将聚丙烯腈溶解在N，N-二甲基甲酰胺中，加入二氧化钛搅拌后，再加入硝酸锌一起搅拌；

(2)加热至液体完全挥发，将得到的固体在氨气的条件下高温处理，降温后得到所述的Zn/N双掺杂的一氧化钛材料。

优选地，所述的聚丙烯腈、二氧化钛和硝酸锌的摩尔比为1～4:1:0～8。

优选地，所述的二氧化钛选用市售的二氧化钛P25。

优选地，步骤(1)中，加入二氧化钛搅拌搅拌的时间为1～12小时，加入硝酸锌一起搅拌的时间为1～16小时。

优选地，步骤(2)中，加热的温度为150～200℃。

优选地，步骤(2)中，采用油浴的方式加热至液体完全挥发。

优选地，步骤(2)中高温处理为700～1000℃保温1～5小时。

本发明第二方面提供一种Zn/N双掺杂的一氧化钛材料，采用权利要求1～7任一所述的制备方法获得，该材料中，钛、锌、氮和氧原子均匀分布。

优选地，该材料中，N原子掺杂量为3～10wt％，Zn原子掺杂量为1～10wt％。

通过测试表征得到，Zn和N元素有效的掺杂在一氧化钛中，同时可以实现多种元素共同掺杂，本发明结合金属氧化物、碳和杂原子之间的强氧化桥效应，有效的提高Zn/N共掺杂金属氧化物材料的光催化性能。

本发明与现有技术相比，本发明的优点是：以氮、锌掺杂一氧化钛，形貌特征呈均匀规则，钛、锌、氮和氧原子均匀的分布在材料上。本发明制备工艺简单，具有较高的科研价值。

附图说明

图1为实施例1所得Zn/N双掺杂的一氧化钛材料的SEM图；图1a～b为Zn/N双掺杂的一氧化钛材料在不同分辨率下的SEM，其展示出成功制备出薄片层的Zn/N双掺杂的一氧化钛纳米催化剂。