一种可见光响应掺氮纳米二氧化钛光催化剂的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种可见光响应掺氮纳米二氧化钛光催化剂的制备方法，将抗坏血酸和尿素加入去离子水中，搅拌得到透明溶液；再加入三价钛溶液和氢氧化钠溶液，调节pH值为1.5~5，持续搅拌得到棕色或血红色溶液；将溶液转移至水热釜中，在温度180℃下反应得到棕黄色初产物；将棕黄色初产物经过洗涤至pH为7，过夜干燥，得到黑色产物，研磨后为棕色粉末；将棕色粉末置于惰性气体保护下的管式炉中，并通过控制真空泵调节真空度为‑0.03~‑0.08atm，在温度400~500℃恒温煅烧2~4小时，降至室温，获得可见光响应氮掺杂纳米二氧化钛材料。本发明专利技术增强了光催化剂在紫外、可见以及近红外的光吸收能力。

Preparation method of visible light responsive nitrogen doped nano titanium dioxide photocatalyst

The invention provides a method for the preparation of the visible light response nitrogen doped nano titanium dioxide photocatalyst, adding ascorbic acid and urea into the deionized water and stirring the transparent solution; adding the trivalent titanium solution and sodium hydroxide solution, regulating the pH value of 1.5~5, stirring continuously to the brown or blood red solution, and transferring the solution to the solution. The initial product of brown yellow was obtained at the temperature of 180 C, and the brown yellow primipara was washed to pH 7, the black product was dried overnight and the brown powder was grinded. The brown powder was placed in the tube furnace under the protection of the inert gas, and the vacuum degree was 0.03~ 0.08atm through the control of the true air pump. The calcined 400~500 hours at room temperature and 2~4 hours to room temperature, the visible light response to nitrogen doped nano-TiO2 materials was obtained. The invention enhances the optical absorption ability of the photocatalyst in ultraviolet, visible and near-infrared.

【技术实现步骤摘要】
一种可见光响应掺氮纳米二氧化钛光催化剂的制备方法
本专利技术属于材料学领域，涉及一种二氧化钛光催化材料，具体来说是一种可见光响应掺氮纳米二氧化钛光催化剂的制备方法。
技术介绍
纳米二氧化钛（TiO2）光催化剂具有无毒、低成本和化学稳定性高等优点，该催化剂在光的激发下可以高效安全地分解甲醛、罗丹明B等有机污染物以及分解水制氢。但是，未经处理的白色二氧化钛在全光谱下较低的量子效率以及较高的光生载流子复合等问题，严重限制了其在光催化领域的实际应用。近年来，国内外研究者已通过金属/非金属掺杂、异质结构筑、光敏剂敏化等手段成功提高了二氧化钛材料的全光谱吸收性能。此外，通过自身Ti3+或氧缺陷（Vo）的引入制备不同颜色的还原二氧化钛（TiO2-x）也能够提升材料的光催化能力(Science2011,331,746)。研究表明，Ti3+/Vo缺陷的分布和浓度对改性TiO2-x的光吸收和载流子分离效率具有重要影响，这些缺陷可在TiO2禁带中引入局域态进而减小带隙宽度，提高材料的可见光吸收能力。但是，过量引入的Ti3+/Vo缺陷会形成光生载流子的新复合中心，缺陷集中于样品表面的TiO2-x材料在空气中还存着稳定性较差等缺点。另一方面，由于氮氧原子半径相近，氮较易掺杂引入二氧化钛的结构。氮掺杂可通过减小光催化剂禁带宽度提高TiO2光催化材料的光吸收能力，同时能够稳定Ti3+/Vo缺陷提高还原二氧化钛稳定性(EnergyEnviron.Sci.2014,7,967)。综上所述，结合缺陷自掺杂以及氮掺杂工艺制备稳定又高效的还原TiO2对于提高光催化剂活性具有重要作用。
技术实现思路
针对现有技术中的上述技术问题，本专利技术提供了一种可见光响应掺氮纳米二氧化钛光催化剂的制备方法，所述的这种可见光响应掺氮纳米二氧化钛光催化剂的制备方法要解决现有技术中的二氧化钛光催化材料的可见光催化活性不高、稳定性不高的技术问题。本专利技术提供了一种可见光响应掺氮纳米二氧化钛光催化剂的制备方法，包括如下步骤：1)将抗坏血酸和尿素加入去离子水中，所述的抗坏血酸、尿素和去离子水的物料比为0.5~1g：5~50mg：35~50mL，搅拌得到透明溶液；2)向步骤1）的溶液中加入三价钛溶液，所述的三价钛和上述透明溶液的质量体积比为2~10g:20~100ml，所述的三价钛化合物为三氯化钛和氯氧化钛，再加入氢氧化钠溶液，所述的氢氧化钠溶液的浓度0.2~1.5mo/L，调节pH值为1.5~5，在250~1000r/min转速条件下持续搅拌0.5~2小时，得到棕色或血红色溶液；3)将步骤2）的溶液转移至水热釜中，在温度180℃下反应8~12小时，得到棕黄色初产物；4)将步骤3）的棕黄色初产物经过去离子水和乙醇洗涤至pH为7，过夜干燥，得到黑色产物，仔细研磨后为棕色粉末；5)将步骤4）的棕色粉末置于惰性气体保护下的管式炉中，并通过控制真空泵调节真空度为-0.03~-0.08atm，在温度400~500℃恒温煅烧2~4小时，降至室温，获得可见光响应氮掺杂纳米二氧化钛材料。进一步的，将步骤4）中棕色粉末置于惰性气体（氮气或氩气）保护下的管式炉中，并通过控制真空泵调节真空度为-0.03~-0.08atm时，在温度400~500℃恒温煅烧2小时，降至室温，获得灰色粉末。进一步的，将步骤4）中棕色粉末置于惰性气体（氮气或氩气）保护下的管式炉中，并通过控制真空泵调节真空度为-0.03~-0.08atm时，在温度400~500℃恒温煅烧2小时，降至室温，获得浅黄色粉末。进一步的，步骤1）的搅拌速度为250~1000r/min。进一步的，所述的惰性气体为氮气或氩气。本专利技术还提供了上述的一种可见光响应氮掺杂纳米二氧化钛催化剂的用途，该材料用于空气及水源的净化、自清洁、太阳光分解水或太阳光电催化分解水。本专利技术是以三价钛盐为原料，抗坏血酸为还原剂，尿素为氮源，结合水热法和高温焙烧处理制备掺氮纳米二氧化钛光催化剂。通过在二氧化钛光催化剂中引入氧缺陷和氮元素，调节二氧化钛材料在紫外、可见及近红外区域的光吸收性能，增强了二氧化钛材料在全光谱的光吸收能力。同时，通过控制前驱体混合搅拌速度和高温焙烧真空度，控制产物性能和颜色，调节纳米二氧化钛的结晶性和缺陷浓度，进而提高其光催化活性。本专利技术所涉及的制备工艺温和，比传统的氢气或硼氢化钠纳米TiO2改性方法更加安全，还可以通过焙烧过程中真空度的不同调节产物性质。本专利技术和已有技术相比，其技术进步是显著的。本专利技术通过在二氧化钛光催化剂中引入氧缺陷和氮元素，增强了光催化剂在紫外、可见以及近红外的光吸收能力。本专利技术结合水热法和高温焙烧处理可较精确调控二氧化钛的颜色、结晶度以及缺陷浓度，满足不同的使用环境。附图说明图1是本专利技术黑色、灰色、浅黄色纳米二氧化钛光催化剂的照片图，其中a为黑色样品，b为灰色样品，c为浅黄色样品。图2是实施例1制备的浅黄色二氧化钛粉末的紫外可见固体漫反射吸收光谱图。图3是实施例1制备的浅黄色二氧化钛粉末的XRD图谱。图4是实施例1制备的浅黄色二氧化钛粉末的扫描电镜图谱以及元素分析图。图5是实施例1制备的浅黄色二氧化钛粉末的透射电镜图谱。图6是实施例1和实施例2制备的浅黄色二氧化钛与P25型黑色二氧化钛降解RhB效果对比图。具体实施方式下面通过实施例以对本专利技术进行基本的描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本专利技术进行进一步说明，不能理解为对专利技术保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本专利技术的内容做出的一些非本质的改进和调整。实施例1a、将0.5g抗坏血酸和40mg尿素加入35mL去离子水中，得到透明溶液；b、向步骤a溶液中加入1.5mL三价钛溶液，再加入1mol/L的氢氧化钠溶液，调节pH值为4，在500r/min转速条件下持续搅拌，得到血红色溶液；c、将步骤b中溶液转移至水热釜中，在温度180℃下反应8小时，得到棕黄色初产物；d、将步骤c中棕黄色初产物经过去离子水和乙醇洗涤3~5次至pH为7，过夜干燥，得到黑色产物，仔细研磨后为棕色粉末；e、将步骤d中棕色粉末置于惰性气体保护下的管式炉中，并通过控制真空泵调节真空度为-0.08atm时，在温度450℃恒温煅烧4小时，降至室温，获得浅黄色二氧化钛光催化剂。实施例2a、将0.5g抗坏血酸和150mg尿素加入35mL去离子水中，得到透明溶液；b、向步骤a溶液中加入1.5mL三价钛溶液，再加入1mol/L的氢氧化钠溶液，调节pH值为4，在500r/min转速条件下持续搅拌，得到血红色溶液；c、将步骤b中溶液转移至水热釜中，在温度180℃下反应8小时，得到棕黄色初产物；d、将步骤c中棕黄色初产物经过去离子水和乙醇洗涤3~5次至pH为7，过夜干燥，得到黑色产物，仔细研磨后为棕色粉末；e、将步骤d中棕色粉末置于惰性气体保护下的管式炉中，并通过控制真空泵调节真空度为-0.08atm时，在温度450℃恒温煅烧4小时，降至室温，获得浅黄色二氧化钛光催化剂。实施例3a、将0.5g抗坏血酸和120mg尿素加入35mL去离子水中，得到透明溶液；b、向步骤a溶液中加入1.5mL三价钛溶液，再加入1mol/L的氢氧化钠溶液，调节pH值为4，在750r/min转速条件下持续搅拌，得到血红色溶液；c、将步骤b中溶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可见光响应掺氮纳米二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：1）将抗坏血酸和尿素加入去离子水中，所述的抗坏血酸、尿素和去离子水的物料比为0.5~1g：5~50mg：35~50mL，搅拌得到透明溶液；2）向步骤1）的溶液中加入三价钛溶液，所述的三价钛和上述透明溶液的质量体积比为2~10g:20~100ml，所述的三价钛化合物为三氯化钛和氯氧化钛，再加入氢氧化钠溶液，所述的氢氧化钠溶液的浓度0.2~1.5mo/L，调节pH值为1.5~5，在250~1000r/min转速条件下持续搅拌0.5~2小时，得到棕色或血红色溶液；3）将步骤2）的溶液转移至水热釜中，在温度180℃下反应8~12小时，得到棕黄色初产物；4）将步骤3）的棕黄色初产物经过去离子水和乙醇洗涤至pH为7，过夜干燥，得到黑色产物，仔细研磨后为棕色粉末；5）将步骤4）的棕色粉末置于惰性气体保护下的管式炉中，并通过控制真空泵调节真空度为‑0.03~‑0.08atm，在温度400~500℃恒温煅烧2~4小时，降至室温，获得可见光响应氮掺杂纳米二氧化钛材料。

【技术特征摘要】
1.一种可见光响应掺氮纳米二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：1）将抗坏血酸和尿素加入去离子水中，所述的抗坏血酸、尿素和去离子水的物料比为0.5~1g：5~50mg：35~50mL，搅拌得到透明溶液；2）向步骤1）的溶液中加入三价钛溶液，所述的三价钛和上述透明溶液的质量体积比为2~10g:20~100ml，所述的三价钛化合物为三氯化钛和氯氧化钛，再加入氢氧化钠溶液，所述的氢氧化钠溶液的浓度0.2~1.5mo/L，调节pH值为1.5~5，在250~1000r/min转速条件下持续搅拌0.5~2小时，得到棕色或血红色溶液；3）将步骤2）的溶液转移至水热釜中，在温度180℃下反应8~12小时，得到棕黄色初产物；4）将步骤3）的棕黄色初产物经过去离子水和乙醇洗涤至pH为7，过夜...

【专利技术属性】
技术研发人员：李慧珺，欧南泉，王现英，杨俊和，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海,31