[发明专利]一种氮掺杂锐钛矿/板钛矿二氧化钛及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种氮掺杂锐钛矿/板钛矿二氧化钛及其制备方法和应用，属于催化剂制备技术领域。所述氮掺杂锐钛矿/板钛矿二氧化钛制备方法包括：S1、将N，N‑二甲基甲酰胺和甲醇溶液均匀混合后加入对苯二甲酸继续搅拌，直至溶液澄清；S2、将水溶液加入上述混合溶液中；然后向其中加入钛酸四丁酯并不断搅拌得粘稠液体；S3、将步骤S2制得粘稠液体进行高温反应处理；S4、将步骤S3高温反应后产物进行纯化处理得白色沉淀；S5、将步骤S4得到的白色沉淀进行煅烧即得。经试验验证，在不具有助催化剂的情况下，本发明制备得到的氮掺杂锐钛矿/板钛矿二氧化钛可在可见光下实现高效产氢性能，且具有良好的稳定性，可反复多次循环使用。

技术领域

本发明属于催化剂制备技术领域，具体涉及一种氮掺杂锐钛矿/板钛矿二氧化钛及其制备方法和应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

随着现代化进程的发展，能源危机越来越严重，可再生的环保型的新型能源的制备越来越重要。氢气由于其燃烧后无毒无害，便于储存和运输等特点被大家广泛应用于各行各业。太阳能是无穷无尽的，使用太阳能产氢无疑是最好的选择，所以高效的光催化材料的制备是关键因素。二氧化钛(TiO₂)由于具有较高的光活性，化学性质，稳定性和无毒被大家所熟知用于光催化产氢，但是，TiO₂的大带隙(金红石相约为3.0eV，锐钛矿相约为3.2eV，板钛矿3.0eV)只能吸收仅占一小部分太阳能的紫外光(λ380nm)，从而阻碍了TiO₂的更广泛应用在可见光照射下占太阳能的主要部分(约45％)。因此，已经投入了大量的努力来寻找可以有效利用太阳光谱甚至室内光的TiO₂基材料，尤其是用于光催化的材料。然而非金属物种氮掺杂由于其简单，方便，快捷等因素被大家广泛用于提高催化剂的可见光利用率。已知二氧化钛具有三种主要的多晶型物(锐钛矿，板钛矿和金红石)，分别具有不同的结构。尽管由两种形式的二氧化钛组成的异质结构可以承受更强的光腐蚀以及更好的电子传输，但复合材料仅能够在紫外线和/或模拟的阳光照射下显示出增强的活性。所以制备一种具有非贵金属掺杂的两种相复合的TiO₂是非常有必要的。

现阶段由于P25(锐钛矿和金红石混相)性能好和稳定性强，所以使用P25商业化产氢是最普遍的，但发明人发现，其仍然存在可见光吸收率差，不加助催化剂的前提下，产氢效率低下等问题。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种氮掺杂锐钛矿/板钛矿二氧化钛及其制备方法和应用。经试验验证，在不存在助催化剂的情况下，本发明制备得到的氮掺杂锐钛矿/板钛矿二氧化钛可在可见光下实现高效产氢性能300μmol/h/g，且具有良好的稳定性，可反复多次循环使用，具有良好的实际应用之前景。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案如下：

本发明的第一个方面，提供一种氮掺杂锐钛矿/板钛矿二氧化钛的制备方法，所述方法包括：

S1、将N，N-二甲基甲酰胺(DMF)和甲醇溶液均匀混合后加入对苯二甲酸继续搅拌，直至溶液澄清；

S2、将水溶液加入上述混合溶液中；然后向其中加入钛酸四丁酯并不断搅拌得粘稠液体；

S3、将步骤S2制得粘稠液体进行高温反应处理；

S4、将步骤S3高温反应后产物进行纯化处理得白色沉淀；

S5、将步骤S4得到的白色沉淀进行煅烧即得。

本发明的第二个方面，提供上述制备方法得到的氮掺杂锐钛矿/板钛矿二氧化钛。

本发明的第三个方面，提供上述氮掺杂锐钛矿/板钛矿二氧化钛在作为可见光催化剂中的应用。