[發明專利]一種介孔表面缺陷Ni-N-TiO2微球光催化材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201610415880.8
• 申請日: 2016-06-13
• 公開（公告）號: CN107486227A
• 公開（公告）日: 2017-12-19
• 發明（設計）人: 楊明輝;鄒明明;馮璐;姜慧芳
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J35/08
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司21002
• 代理人: 馬馳

技術領域

本發明涉及材料合成技術領域，尤其涉及一種介孔表面缺陷Ni-N-TiO₂微球光催化材料及其制備方法。

背景技術

近年來，利用納米TiO₂對有機污染物進行凈化已引起國內外學者的廣泛關注。但較低的光量子效率和較慢的反應速率限制了TiO₂光催化技術的實用化進程。如何進一步提高TiO₂的光催化活性已成為當前活躍的研究課題。對納米TiO₂材料進行改性處理是大多數研究者采用的方法。常用的改性方法集中在金屬摻雜，非金屬摻雜，貴金屬負載和半導體材料復合等。

我們采用過渡金屬Ni²⁺摻雜二氧化鈦的方法對材料進行改性。在此基礎上對Ni-TiO₂材料進行氮化處理，獲得大比表面積的介孔表面缺陷Ni-N-TiO₂材料。氮化處理的方法為氨氣氣氛氮化，氨氣氣氛提供N源的同時，也具有還原作用。在Ni-TiO₂中摻入N元素的同時也造成大量的表面缺陷。因此此類材料對光催化有較大促進作用。

發明內容

本發明的目的是提供一種介孔表面缺陷Ni-N-TiO₂微球光催化材料及其制備方法。本發明介孔表面缺陷Ni-N-TiO₂微球光催化材料尺寸在500-600nm之間，孔道較為均一、材料分散性好、比表面積較大，具有很好的應用前景。與其他方法相比，本發明具有反應過程簡單，反應時間短，無需任何復雜的操作及特殊的設備等優點。

本發明采取的技術方案為：

一種介孔表面缺陷Ni-N-TiO₂微球光催化材料，包括制備介孔表面缺陷的Ni-TiO₂微球和氮化處理步驟，所述氮化處理所用氮源為氨氣。

所述介孔表面缺陷的Ni-TiO₂微球制備中加入表面活性劑。

本發明還提供一種介孔表面缺陷Ni-N-TiO₂微球光催化材料的制備方法，所述方法包括：將表面活性劑溶于乙醇溶液中，攪拌一段時間待表面活性劑充分溶解后，加入含鎳化合物的乙醇溶液，加入水，調低磁力攪拌轉數，最后快速加入含鈦化合物，攪拌后靜置沉降，乙醇和/或水洗滌3次以上，干燥研磨得粉末，之后將粉末進行水熱反應，將所得的產物在空氣氣氛中煅燒一段時間，再進行高溫氮化處理，制備得到介孔表面缺陷Ni-N-TiO₂微球光催化材料。

表面活性劑與含鈦化合物摩爾比為(0.1-2):1，優選摩爾比為(0.2-2):1，最佳為0.5：1；所述含鎳化合物包括：硝酸鎳，氯化鎳或硫酸鎳中的一種或兩種以上；所述含鈦化合物為異丙醇鈦、四氯化鈦或硫酸氧鈦中的一種或兩種以上；所述表面活性劑為十六胺、十八胺或十二烷基磺酸鈉中的一種或兩 種以上，在靜置之前的操作步驟中，反應體系中加入水，水與含鈦化合物的摩爾比為10-60：1，優選為10-30:1，最佳為20:1。

介孔表面缺陷Ni-N-TiO₂微球光催化材料中，Ni和Ti的摩爾比為0.1-10:100；Ni和Ti優選摩爾為0.1-2：100；所述的乙醇溶液中乙醇含量為98-99.5wt％，所述的靜置沉降時間為10-20小時。

所述水熱反應的方法為：將粉末轉移至聚四氟乙烯為內襯的不銹鋼高溫高壓反應釜中，加入乙醇和水的混合物作為溶劑，在120-180℃下，加熱12-24h后，冷卻至室溫，所得產物用去離子水和無水乙醇分別清洗3遍以上，離心過濾，于50-60℃下真空干燥，得到Ni-TiO₂微球前驅體材料。

溶劑中乙醇和水的體積比為(1-3)：1。

將煅燒溫度控制在400–600℃，煅燒溫度優選為450-550℃；將煅燒時間控制在30min–2h。

所述氮化處理的氮源為氨氣。

氮化溫度為400-600℃；氮化時間為30min-2h。

上述實驗過程得到的介孔表面缺陷Ni-N-TiO₂微球光催化材料具有介孔結構且球形結構較為均一，實現了發明的目的。

獲得介孔表面缺陷Ni-N-TiO₂微球光催化材料的合成關鍵點：

1)反應原材料中異丙醇鈦加入速度要快，攪拌速度減小，避免過快的攪拌速度破壞材料形貌；