[發(fā)明專利]共摻雜納米管光催化材料的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810060610.5
• 申請日: 2008-04-10
• 公開（公告）號: CN101254469A
• 公開（公告）日: 2008-09-03
• 發(fā)明（設計）人: 殷好勇;聶秋林
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J23/745;B01J21/06;B01J23/10;B01J35/02;C01B3/04
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 張法高

技術領域

本發(fā)明屬于半導體光催化技術領域，尤其是可見光催化分解水制氫的技術領域，具體涉及的是具有可見光響應的二元協(xié)同效應光解水催化劑納米管的制備方法。

技術背景

由于能源危機(煤、石油等天然能源將面臨枯竭的危險)以及環(huán)境問題(化石能源燃燒引起的環(huán)境污染和溫室效應)促使人們不得不尋找更加潔凈并且可再生的新型能源來替代面臨枯竭的化石能源。作為二次能源，氫能具有燃燒值高、儲量豐富、無污染等特點無疑是最有希望的新一代能源。如何利用可再生資源制氫則應該是最需要解決的問題。利用永不枯竭的太陽能來光催化分解水制氫就是其中一種最有前途的方法。光解水制氫的機理是：以TiO₂為例，它的禁帶寬度為312eV，在波長小于370nm的光照下，TiO₂的價帶電子被激發(fā)到導帶上，產(chǎn)生高活性的電子-空穴對。光致空穴具有很強的氧化性，可以把水中的低價的O氧化為O₂。光致電子具有很強的還原性，可以把水中的氫離子還原為H₂。但是目前為止人們開發(fā)和研制的光催化材料大多對太陽光的利用效率不高，大部分只是在紫外光區(qū)穩(wěn)定有效，而在太陽光譜中紫外光能(400nm以下)不足5％，而波長為400～750nm的可見光能量卻占太陽能的43％左右。因此，研制和開發(fā)高效、穩(wěn)定、低成本的可見光催化劑是半導體光催化分解水制氫技術發(fā)展的關鍵。

對于半導體催化劑來說，TiO₂由于其無毒、穩(wěn)定性好和儲量豐富等特點仍然是目前最為理想的原料。為了提高半導體光催化劑對可見光的利用效率，人們研究了各種不同的方法來改變半導體催化劑的性能，例如金屬離子摻雜、貴金屬修飾、半導體復合以及染料敏化等。然而由于對TiO₂改性后仍然存在低可見光活性和可重復性差等缺點，目前也沒有廣泛應用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種制備具有管狀結構的二元協(xié)同效應可見光催化材料的方法。

本發(fā)明中的共摻雜納米管光催化材料為Ti_1-7.5yFe_yO_2-xN_x納米管、Ti_1-7.5yCe_yO_2-xN_x納米管或Ti_1-7.5yEu_yO_2-xN_x納米管。

本發(fā)明的制備方法是采用溶膠-凝膠法和水熱法相結合的方法分兩步來制備納米管。首先以TiCl₄或鈦酸四丁酯為原料，在水解過程中加入金屬鹽溶液(如FeCl₃等)，通過控制溶液的pH值來制備摻雜金屬Fe、Ce或Eu的TiO₂粉末，然后把粉末在NaOH強堿溶液中水熱處理，再進行洗滌、酸化等程序，最后在NH₃條件下處理即可制得Ti_1-7.5yFe_yO_2-xN_x納米管、Ti_1-7.5yCe_yO_2-xN_x納米管或Ti_1-7.5yEu_yO_2-xN_x納米管，其中x為氮元素在納米管材料分子中的摩爾數(shù)，y為金屬元素在納米管材料分子中的摩爾數(shù)。

該制備方法具體包括以下步驟：

(1)將化合物A和無水乙醇、酸充分混和制成A溶液；將化合物B和去離子水、酸、無水乙醇充分混和制成B溶液；在劇烈攪拌的情況下將B溶液緩慢滴加到A溶液中制成溶膠。

(2)將溶膠在30℃～80℃的條件下干燥成凝膠，然后在100℃～120℃的條件下繼續(xù)進行干燥5～10小時，最后在400℃～500℃焙燒得到粉末。

(3)將粉末加入到8～12M的NaOH溶液中，然后放入密閉的反應釜中調(diào)控溫度使其保持在80～120℃，保溫8～24小時，中和洗滌后制得單一摻雜的納米管。

(4)將單一摻雜的納米管在400℃～500℃條件下焙燒3～5小時，同時通入含氮氣體，制得共摻雜納米管光催化材料。

所述的化合物A為鈦酸四丁酯和TiCl₄中的一種。