[發(fā)明專利]一種制備硼氮均相硼氮摻雜紅色二氧化鈦的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810115412.8
• 申請(qǐng)日: 2018-02-06
• 公開（公告）號(hào): CN109999872B
• 公開（公告）日: 2023-01-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉崗;洪星星;成會(huì)明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院金屬研究所
• 主分類號(hào): B01J27/24
• 分類號(hào): B01J27/24;B01J21/06;B01J35/08
• 代理公司: 沈陽(yáng)優(yōu)普達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本發(fā)明涉及光催化材料的摻雜制備技術(shù)，具體為一種制備硼氮均相硼氮摻雜紅色二氧化鈦的方法。該方法的具體步驟是：以含氮易分解固體有機(jī)物為摻雜氮源，將硼摻雜二氧化鈦與氮源分置于樣品裝置中，以提供相對(duì)密閉的摻雜環(huán)境，通過控制加熱溫度與處理時(shí)間，實(shí)現(xiàn)二氧化鈦的均相硼/氮摻雜，使得二氧化鈦光吸收邊的整體紅移，所得硼/氮摻雜二氧化鈦光催化材料在整個(gè)可見光范圍內(nèi)均具有高吸光率，顯著提升其光催化應(yīng)用潛力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光催化材料的摻雜制備技術(shù)，具體為一種制備硼氮均相硼氮摻雜紅色二氧化鈦的方法。

背景技術(shù)

光催化技術(shù)能夠?qū)⑻?yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能，例如：光催化分解水技術(shù)，是一種利用太陽(yáng)能獲取新能源的有效方法。光催化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)有賴于研發(fā)能夠高效吸收可見光的光催化材料。銳鈦礦二氧化鈦因兼具高穩(wěn)定性、無毒、廉價(jià)等顯著優(yōu)點(diǎn)，是迄今為止研究最為廣泛的一種光催化材料。但是，銳鈦礦二氧化鈦的帶隙為3.2eV，僅能吸收太陽(yáng)光中僅占4％的波長(zhǎng)低于400nm的紫外光，而對(duì)于占太陽(yáng)光約45％的可見光(400～700nm)卻無法利用。因此，探索如何擴(kuò)展二氧化鈦光催化材料的可見光吸收能力是提升其光催化應(yīng)用潛力的首要任務(wù)。

摻雜是一種最常用的縮小半導(dǎo)體光催化材料帶隙，拓展可見光吸收范圍的重要手段。在前期的研究中，在氨氣氣氛下熱處理二氧化鈦可在材料表面實(shí)現(xiàn)氮摻雜，使材料在可見光區(qū)出現(xiàn)肩膀狀的吸收，部分拓展二氧化鈦的可見光吸收能力[文獻(xiàn)1：R.Asahi,*T.Morikawa,T.Ohwaki,K.Aoki,Y.Taga，Visible-Light Photocatalysis in Nitrogen-Doped Titanium Oxides,Science,2001,7,13.]。本課題組在先前的工作中利用間隙硼摻雜原子弱化Ti-O鍵鍵強(qiáng)來增加氮原子的摻雜量，獲得硼氮共摻雜的紅色銳鈦礦二氧化鈦，顯著拓寬其可見光光吸收能力[文獻(xiàn)2：Gang Liu,Li-Chang Yin,Jianqiang Wang,PingNiu,Chao Zhen,Yingpeng Xie and Hui-Ming Cheng；A red anatase TiO₂photocatalystfor solar energy conversion,Energy Environ.Sci.,2012,5,9603]。雖然通過本課題組改進(jìn)的共摻雜方法實(shí)現(xiàn)硼氮梯度共摻雜，但受限于所用氮摻雜方法中氮原子溶解能力的限制，仍然未實(shí)現(xiàn)均相摻雜，從而未實(shí)現(xiàn)吸收帶邊的整體紅移。因此，必須探索新的摻雜制備技術(shù)以實(shí)現(xiàn)寬光譜可見光的整體強(qiáng)吸收。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，提供一種制備硼氮均相硼氮摻雜紅色二氧化鈦的方法，可有效拓展二氧化鈦光催化材料可見光吸收范圍的硼氮共摻雜，解決現(xiàn)有制備方法不能實(shí)現(xiàn)可見光整體強(qiáng)吸收的問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種制備硼氮均相硼氮摻雜紅色二氧化鈦的方法，選用{001}晶面暴露的二氧化鈦微球光催化材料，二氧化鈦微球中含有摻雜硼，以含氮易分解固體有機(jī)物為摻雜氮源，將硼摻雜二氧化鈦與氮源分置于樣品裝置中，以提供相對(duì)密閉的摻雜環(huán)境，通過控制加熱溫度與處理時(shí)間，實(shí)現(xiàn)二氧化鈦的均相硼/氮摻雜。

所述的制備硼氮均相硼氮摻雜紅色二氧化鈦的方法，硼摻雜二氧化鈦與氮源放入加蓋的石英舟中，并置于管式爐內(nèi)，在流動(dòng)惰性氣氛中，進(jìn)行保溫處理。

所述的制備硼氮均相硼氮摻雜紅色二氧化鈦的方法，石英舟中間加一隔板，其中隔板和石英舟外側(cè)板上開孔，惰性氣氛從此側(cè)通入；將二氧化鈦和固體氮源分別置于隔板兩側(cè)，且尿素在靠近有孔外側(cè)板處，石英舟加蓋后提供相對(duì)密閉的摻雜環(huán)境。

所述的制備硼氮均相硼氮摻雜紅色二氧化鈦的方法，氮源為含有氮元素的固體有機(jī)物。

所述的制備硼氮均相硼氮摻雜紅色二氧化鈦的方法，含有氮元素的固體有機(jī)物為尿素、硫脲、六次甲基次氨或氮化碳。

所述的制備硼氮均相硼氮摻雜紅色二氧化鈦的方法，摻雜處理溫度為600℃以下，時(shí)間為0.5h以上。