[發明專利]一種含磷元素納米管的制備方法

有效

• 申請號: 201410291593.1
• 申請日: 2014-06-26
• 公開（公告）號: CN104096582A
• 公開（公告）日: 2014-10-15
• 發明（設計）人: 袁求理
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: B01J27/186
• 分類號: B01J27/186;B01J37/34;B82Y40/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術領域

本發明屬于無機半導體材料技術領域，涉及無機半導體鈦酸納米管材料，具體是一種磷、稀土、鉍元素共摻雜鈦酸納米短管的制備方法。

背景技術

????具有大的比表面積、中空孔道和層狀等結構特征的鈦酸納米管是一種重要的無機功能半導體納米材料，具有良好的光電、光敏、氣敏、壓敏等特性，廣泛地用作環境污水光催化降解處理、各種傳感器、太陽能電池、生物體植人材料等方面。鈦酸納米管的表面通常會帶負電荷，這也使鈦酸納米管成為固定催化劑粒子的良好基底或載體。一種通常制備鈦酸納米管的簡單方法是將二氧化鈦納米粉體在強堿中進行水熱反應，產物經稀酸離子交換可以得到鈦酸納米管，獲得的鈦酸納米管管徑很小約為10納米，但納米管產品的長度很長，納米管的中空孔道由于輸運障礙不能充分利用，有時無序繚繞難以分散，這對它們的應用帶來很大的限制。同時鈦酸納米管材料的禁帶能級為3.3?eV，只能被波長小于387.5nm?的紫外光和近紫外光所激發，而紫外光僅占太陽光的5%，太陽能中含有的45%可見光無法利用。為了提高可見光的利用率，通常采用元素摻雜技術降低鈦酸納米管材料的禁帶寬度，擴大光譜響應范圍。Cheng-Ching?Hu等[Effect?of?nitrogen?doping?on?the?microstructure?and?visible?light?photocatalysis?of?titanate?nanotubes?by?a?facile?cohydrothermal?synthesis?via?urea?treatment,?Applied?Surface?Science?280?(2013)?171–?178]以尿素為氮源采用水熱方法獲得了氮摻雜鈦酸納米管并有很好的光催化性能。宋旭春[過渡金屬離子置換鈦酸納米管的制備和光催化活性,無機化學學報，2005，2l(12)：1897]制備了不同過渡金屬離子摻雜的鈦酸納米管，其中過渡金屬離子取代的是層間的Na⁺或H⁺，而并非取代鈦酸晶格中的Ti^4+,。獲得的Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu過渡金屬離子摻雜鈦酸納米管的光催化活性都有提高。V.C.Ferreira?[Synthesis?and?properties?of?Co-doped?titanate?nanotubes?and?their??optical?sensitization?with?methylene?blue,?Materials?Chemistry?and?Physics?142?(2013)?355-362]以Co摻雜二氧化鈦粉為前驅體，采用水熱方法獲得了Co摻雜鈦酸納米管，其中Co元素取代了鈦酸晶格中的Ti^4+?，這些Co摻雜鈦酸納米管在可見光區呈現強的吸收峰。但這些摻雜鈦酸納米管都屬于單一元素摻雜，并且獲得的鈦酸納米管的長度佷長。長度均勻、多元摻雜鈦酸納米短管不僅由于摻雜能降低禁帶寬度提高可見光的利用率，同時由于短的長度能減小其中空孔道的輸運障礙使中空孔道得到充分利用，因而具有更廣闊的應用前景。

發明內容

?????本發明目的在于針對現有技術的不足，提供一種含磷元素納米管的制備方法，具體是一種磷、稀土、鉍元素共摻雜鈦酸納米短管的制備方法。

本發明方法的具體技術方案是：

步驟(1).溶膠-凝膠法制備鉍摻雜二氧化鈦納米顆粒：

1-1.將體積份數為10份的鈦酸酯加入到體積份數為20～30份的無水乙醇中，攪拌均勻形成鈦酸酯醇溶液；

所述的鈦酸酯為鈦酸丁酯、鈦酸異丙酯或鈦酸乙酯中的一種；

1-2.將鉍鹽加入到體積份數為5～10份的聚乙二醇-200中，溶解形成鉍鹽溶液；其中鉍鹽與鈦酸酯的摩爾體積比為0.03～0.3：10，單位為mM/mL；

所述的鉍鹽為硝酸鉍、氯化鉍或醋酸鉍中的一種；

1-3.將體積份數為1～2份的硝酸、體積份數為2～4份的去離子水、體積份數為20份的無水乙醇攪拌均勻，形成酸性溶液；

1-4.將步驟1-2得到的鉍鹽溶液與步驟1-1得到的鈦酸酯醇溶液攪拌混合均勻，然后滴加步驟1-3得到的酸性溶液，常溫下進行攪拌2～5小時，形成凝膠，然后再陳化20～40小時；將陳化的凝膠在真空干燥箱中烘干去除乙醇和水分，經醇洗、水洗、干燥和粉碎后在馬弗爐中500～600℃下煅燒4～6小時，得到鉍摻雜二氧化鈦納米顆粒；

步驟(2).采用水熱法制備磷、稀土、鉍元素共摻雜鈦酸納米管：