[發(fā)明專利]鈦缺失型巖鹽結(jié)構(gòu)氧氮化鈦及其制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201280076908.X
• 申請日: 2012-11-20
• 公開（公告）號: CN104884389A
• 公開（公告）日: 2015-09-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林泳秀;徐元善
• 申請（專利權(quán)）人: 株式會社TMC
• 主分類號: C01G23/00
• 分類號: C01G23/00;C01B21/06
• 代理公司: 北京銘碩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11286
• 代理人: 孫昌浩;韓明星

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種氧氮化鈦及其制造方法，尤其涉及一種可見光區(qū)域中的光催化特性得到改善的鈦缺失型巖鹽結(jié)構(gòu)氧氮化鈦及其制造方法。

背景技術(shù)

二氧化鈦(TiO₂)作為半導(dǎo)體性金屬氧化物，比起形態(tài)與之類似的其他金屬氧化物，從物理化學角度上看非常穩(wěn)定，并具有3.2eV左右的帶隙能量(band?gap?energy)，且在能源、環(huán)境、顯示器、纖維以及醫(yī)療等領(lǐng)域中得到廣泛的利用。

在二氧化鈦(TiO₂)中，尤其是納米氣孔多孔體因具有規(guī)則的氣孔排列和寬闊的比表面積而表現(xiàn)出優(yōu)良的物性，因此在光催化、染料敏化太陽能電池(DSSCs)電極、氫電極等多樣的領(lǐng)域中得到應(yīng)用。

然而，作為光催化劑(photo?catalyst)而被熟知的二氧化鈦(TiO₂)因帶隙能量為3eV以上，因此可見光區(qū)域(visible?wavelength?region)的光催化特性不佳。

另外，一氧化鈦(TiO)具有可易于吸收可見光區(qū)域的波長的約為2.0eV的帶隙能量。

一氧化鈦(TiO)可具有巖鹽結(jié)構(gòu)，巖鹽結(jié)構(gòu)一氧化鈦(TiO)在1250℃以上的條件下為穩(wěn)定的物質(zhì)，且常溫下單斜晶系(monoclinic)穩(wěn)定，因此以往是通過在高溫下長時間維持之后急冷到常溫的方法制作。而且，巖鹽結(jié)構(gòu)一氧化鈦(TiO)可通過諸如下列方法的非平衡工藝(non-equilibrium?process)制作：在蒸餾水內(nèi)部執(zhí)行激光消融(laser?ablation)的方法；利用鈦(Ti)金屬和二氧化鈦(TiO₂)的機械化學合成法(mechanochemical?synthesis)；或者鈦前驅(qū)體(titanium?isopropoxide)的激光裂解(laser?prolysis)法等。然而，這樣通過施加瞬間性能量而利用非平衡工藝制作的巖鹽結(jié)構(gòu)一氧化鈦(TiO)具有在穩(wěn)定性方面脆弱的缺點。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題為提供一種可見光區(qū)域中的光催化特性得到改善的鈦缺失型巖鹽結(jié)構(gòu)氧氮化鈦及其制造方法。

技術(shù)方案

本發(fā)明提供一種鈦缺失型巖鹽結(jié)構(gòu)氧氮化鈦(Ti_1-xO_1-yN_y，x和y為實數(shù))，其中，表示鈦缺失程度的x大于0且小于1，表示氮的引入程度的y大于0且小于1。

在所述鈦缺失型巖鹽結(jié)構(gòu)氧氮化鈦中，與鈦缺失的程度相應(yīng)地在巖鹽結(jié)構(gòu)的鈦位形成空位(vacancy)，氮與鈦形成結(jié)合，且氮在巖鹽結(jié)構(gòu)中以在氧位置換氧的形態(tài)存在。

所述鈦缺失型巖鹽結(jié)構(gòu)氧氮化鈦具有{111}劈理面。

所述鈦缺失型巖鹽結(jié)構(gòu)氧氮化鈦由內(nèi)部中空的中空納米粒子(hollow?nano?particle)構(gòu)成。

巖鹽結(jié)構(gòu)的鈦位的氧化價態(tài)具有超過+2且不足+3的范圍，巖鹽結(jié)構(gòu)的氧位的氧化價態(tài)具有超過-3且不足-2的范圍。

所述鈦缺失型巖鹽結(jié)構(gòu)氧氮化鈦具有低于二氧化鈦(TiO₂)的帶隙能量。

并且，本發(fā)明提供一種鈦缺失型巖鹽結(jié)構(gòu)氧氮化鈦的制造方法，其特征在于，包括如下步驟：將二氧化鈦(TiO₂)投入到爐；對所述爐進行加熱，并使包含氮的氣體流向投入有所述二氧化鈦(TiO₂)的所述爐內(nèi)；隨著所述二氧化鈦(TiO₂)的還原的進行，鈦缺失而在巖鹽結(jié)構(gòu)的鈦位形成空位(vacancy)，且氧被置換而在巖鹽結(jié)構(gòu)的氧位形成氮，從而使氮與鈦形成結(jié)合；冷卻所述爐而獲得氧氮化鈦，其中，獲得的氧氮化鈦為鈦缺失型巖鹽結(jié)構(gòu)氧氮化鈦(Ti_1-xO_1-yN_y，x和y為實數(shù))，表示鈦缺失程度的x大于0且小于1，表示氮的引入程度的y大于0且小于1。

優(yōu)選地，通過所述加熱而使所述爐內(nèi)的溫度維持為600～1000℃。

優(yōu)選地，包含氮的所述氣體可由NH₃或N₂組成，包含氮的所述氣體以0.01～10cc/min的流量供應(yīng)到所述爐內(nèi)。