[發(fā)明專利]一種碳氮摻雜TiO2納米管的制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410224127.1
• 申請(qǐng)日: 2014-05-26
• 公開（公告）號(hào): CN104018206A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林迪;崔曉莉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號(hào): C25D11/26
• 分類號(hào): C25D11/26;B82Y40/00
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于二氧化鈦化工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種碳氮摻雜二氧化鈦納米管的制備方法。?

背景技術(shù)

納米TiO₂因具有優(yōu)良的光電特性，而被廣泛應(yīng)用于光降解污染物、光解水制氫、染料敏化太陽(yáng)能電池（Dye-sensitized?Solar?Cell，DSSC）等領(lǐng)域。研究中常使用TiO₂的金紅石或銳鈦礦晶型作為光催化劑或DSSC的光陽(yáng)極。但是，納米TiO₂在這些領(lǐng)域的應(yīng)用，受到TiO₂對(duì)可見(jiàn)光吸收比例較低的嚴(yán)重制約。太陽(yáng)輻射主要集中在可見(jiàn)光區(qū)（400?~?760?nm）和紅外區(qū)（>?760?nm）,?前者占太陽(yáng)輻射總能量的約50?%，后者占約43?%，紫外區(qū)（<?400?nm）的太陽(yáng)輻射能只占總量的約7?%。而金紅石型TiO₂的禁帶寬度為3.0?eV，銳鈦礦型為3.2?eV，在理論上分別只能吸收波長(zhǎng)在413?nm和387?nm以下的入射光。?

研究表明，通過(guò)對(duì)TiO₂進(jìn)行摻雜，可以有效增加TiO₂對(duì)可見(jiàn)光的吸收比例。2001年，Asahi等報(bào)道了N摻雜的TiO₂具有可見(jiàn)光響應(yīng)，并提出非金屬摻雜影響TiO₂能帶的原理。此后，不同摻雜的TiO₂，單元素如C、N、B、F等，多元素如C-N、N-F、N-B、V-N等，都受到了研究人員極大的關(guān)注。研究表明，通過(guò)對(duì)TiO₂進(jìn)行合適的摻雜，可以有效拓寬光陽(yáng)極的光響應(yīng)范圍，使其吸收邊紅移至可見(jiàn)光區(qū)。同時(shí)，由于摻雜原子的協(xié)同效應(yīng)，可以進(jìn)一步提高TiO₂的可見(jiàn)光活性。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種工藝簡(jiǎn)單、成本低廉的碳氮摻雜TiO₂（CN-TiO₂）納米管的制備方法。?

本發(fā)明所提供的碳氮摻雜TiO₂納米管的制備方法，具體步驟如下：?

（1）陽(yáng)極氧化法制備TiO₂納米管：將厚度為0.05?~?0.15?mm的Ti片或直徑為0.3?~?0.5?mm的Ti絲，在HF–HNO₃–H₂O的溶液中浸沒(méi)10?~?30?s；以預(yù)處理后的Ti片或Ti絲作為陽(yáng)極，石墨片作為陰極，含0.4?~?0.8?wt%?NH₄F和3?~?4?v%?H₂O的乙二醇溶液作為電解液，在20?~?60?V直流電壓下陽(yáng)極氧化0.5?~?2?h；陽(yáng)極氧化后，用去離子水反復(fù)清洗，并用空氣流吹干，得到生長(zhǎng)在Ti片或Ti絲上的TiO₂納米管；

其中，所述HF的質(zhì)量濃度可為35?~?40%，所述HNO₃的質(zhì)量濃度可為60?~?65%；?

所述HF–HNO₃–H₂O的溶液中，HF：HNO₃：H₂O的體積比優(yōu)選為1:4:5；?

（2）退火摻雜法制備CN-TiO₂納米管：將TiO₂納米管和1?~?3?gCO(NH₂)₂粉末放在坩堝中，置于密閉的程控升溫箱式電阻爐內(nèi)400?~?500?℃燒結(jié)1?~?3?h，隨爐冷卻至室溫，再將坩堝取出，即得到CN-TiO₂納米管。

制備流程如圖1所示。?

本發(fā)明中，由于CO(NH₂)₂在400?℃以上會(huì)分解生成CO₂、NH₃和C₃H₆N₆等物質(zhì)，和TiO₂納米管經(jīng)熱處理后，會(huì)形成CN-TiO₂納米管。?

本發(fā)明中，在TiO₂納米管退火的過(guò)程中，同步實(shí)現(xiàn)對(duì)TiO₂進(jìn)行碳氮摻雜，制備過(guò)程無(wú)需增加步驟。?