[發(fā)明專利]一種N摻雜的二氧化鈦微球的制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110395513.3
• 申請(qǐng)日: 2011-12-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102513043A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫小華;周生剛;李修能;侯爽;羅志猛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 三峽大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J13/02
• 分類號(hào): B01J13/02
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務(wù)所 42103
• 代理人: 成鋼

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及TiO₂微球的制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種N摻雜的TiO₂微球的制備方法。

背景技術(shù)

TiO₂是一種重要的無(wú)機(jī)材料，具有大的比表面積、高表面活性、熱導(dǎo)性好、光吸收性能好和分散性好等獨(dú)特的物理化學(xué)性能，廣泛應(yīng)用于光催化劑、太陽(yáng)能電池、氣體傳感器等領(lǐng)域。TiO₂的禁帶寬度為3.2eV（銳鈦礦型），吸收波長(zhǎng)小于388nm，吸收波段局限于紫外光區(qū)，這意味著TiO₂只能利用少量的太陽(yáng)光（3~5%），而在太陽(yáng)光中占大多數(shù)的可見(jiàn)光（約45%）卻無(wú)法利用。為了拓展在可見(jiàn)光區(qū)的吸收，進(jìn)一步提高納米材料性能（參見(jiàn)Burda?C,?Lou?Y,?Chen?X,et?a1?J].Nano?letters,2003,3(8):1049—1051.），對(duì)其進(jìn)行離子摻雜是一種有效方法。如陰離子(如C、N、B、S、F、Cl)、陽(yáng)離子(如Fe³⁺、Mo⁵⁺、Na⁺/Mg²⁺等)以及金屬(如Pt、Au、Cr、Ag、V)摻雜來(lái)提高其光催化活性的報(bào)道層出不窮。另外在光催化過(guò)程中納米級(jí)TiO2具有好的催化性能，但是在使用過(guò)程中具有容易失活、易團(tuán)聚和難回收等缺點(diǎn)，限制了其在降解水中污染物這方面的應(yīng)用。而微米級(jí)TiO₂可以有效地避免這些缺點(diǎn)，而且可以回收重復(fù)利用，有效地提高了其利用率。目前TiO₂微球制備已經(jīng)成為納米科學(xué)的一個(gè)研究方向。目前，制備TiO₂球形顆粒的方法主要有溶膠-凝膠法、沉淀法、乳液法、以及溶劑熱法等。

國(guó)內(nèi)外研究者圍繞制備TiO₂球形顆粒展開(kāi)了大量的研究，并取得了一定的成效。Kim,?Y.J.?等（參見(jiàn)Kim,?Y.J,Advanced?Materials,?2009.?21(36):?p.?3668-3673.）采用溶劑熱法，用甲醇，乙腈作為溶劑制備了TiO₂微球。但該方法引入了人有毒的乙腈、甲醇。此外，這種微球?qū)梢?jiàn)光的吸收很小，需要進(jìn)行摻雜以擴(kuò)展TiO₂光響應(yīng)范圍。Yu,?H.K.等（參見(jiàn)?Yu,?H.K?Chemistry?of?Materials,?2008.?20(8):?p.?2704-2710.）用Tween?20?和Pluronic?P123作為表面活性劑制備了粒徑可以控制的微球，但原料成本比較貴，所以降低原料成本也是一個(gè)很大的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種N摻雜的TiO₂微球的溶劑熱制備方法，該方法在制備微球的時(shí)候同時(shí)進(jìn)行了N摻雜，能較好地拓展TiO₂材料的吸收光譜和光散射性能，在光催化和光化學(xué)電池中有廣泛的應(yīng)用前景。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：將鹽酸與鈦酸四丁酯的混合液倒入尿素與乙醇和水的混合液中攪拌均勻，其中乙醇：水：尿素：鹽酸：鈦酸四丁酯的摩爾比為?（111.2~130）:（0~78.8）:?(5~1):?(5~1):1；將混合溶液轉(zhuǎn)移到壓力溶彈中于80～160℃保溫2～10小時(shí)，收集底部沉淀，將沉淀在300～500℃下煅燒2小時(shí)得到N摻雜二氧化鈦微球。

本發(fā)明提供的N摻雜的TiO₂微球的溶劑熱制備方法，該方法能同時(shí)實(shí)現(xiàn)二氧化鈦微球的制備和氮摻雜，能較好地提升二氧化鈦材料的光散射和拓展其吸收光譜范圍。而且該方法工藝簡(jiǎn)單、成本低廉，穩(wěn)定性好，在光催化和染料敏化太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

圖1為鹽酸和鈦酸丁酯的摩爾比為2:1時(shí)二氧化鈦微球的形貌。

圖2為鹽酸和鈦酸丁酯的摩爾比為2.6:1時(shí)二氧化鈦微球的形貌。

圖3為鹽酸和鈦酸丁酯的摩爾比為3.3:1時(shí)二氧化鈦微球的形貌。

圖4為鹽酸和鈦酸丁酯的摩爾比為?4:1?時(shí)二氧化鈦微球的形貌。

圖5為加入乙醇于水的摩爾比為111.2:78.8時(shí)二氧化鈦微球的形貌。

圖6為制備的N摻雜微球和P₂₅的紫外-可見(jiàn)吸收光譜比較。鹽酸和鈦酸丁酯的摩爾比為2.6:1。

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

具體實(shí)施方式