一种碳包覆氮掺杂的TiO2的蝴蝶状纳米材料的合成方法技术

本发明专利技术公开了一种碳包覆氮掺杂的TiO2的蝴蝶状纳米材料的合成方法，取0.75ml钛酸四异丙酯和0.03‑0.09g的2‑氨基对苯二甲酸溶解在无水乙醇（5ml）和N,N‑二甲基甲酰胺(5ml)的混合溶液中，将上述混合溶液转移至高压应釜中，加热至目标反应温度和所需反应时间。反应结束后，通过离心收集产物，用N,N‑二甲基甲酰胺和无水乙醇清洗产物数次，置于干燥箱中烘干即可得到氮掺杂的Ti基MOFs前驱物。第二步：通过煅烧得到碳包覆氮掺杂的TiO2的纳米材料。将第一步合成的Ti的前驱物在惰性气体保护下将其进行煅烧，设置一定的升温速率，煅烧温度，以及煅烧时间即可得到这种碳包覆的氮掺杂的TiO2的纳米材料。

Synthesis of carbon coated nitrogen doped TiO2 butterfly like nanomaterials

The invention discloses a method for the synthesis of a kind of carbon coated nitrogen doped TiO2 butterfly nanomaterials. The mixed solution of 0.75ml four isopropyl titanate and 2 polyamine terephthalic terephthalic acid (5ml) and N, N two methyl formamide (5ml) is dissolved in a mixed solution of 5ml and N, N two methyl formamide (5ml), and the above mixed solution is transferred to the autoclave and heated. To the target reaction temperature and the required reaction time. After the reaction, N, N two methyl formamide and anhydrous ethanol were used to clean the products by centrifugation for several times, and the nitrogen doped Ti based MOFs precursor could be obtained by drying in a drying box. The second step is to obtain carbon doped nitrogen doped TiO2 nanomaterials by calcination. The precursor of the first step of Ti is calcined under the protection of inert gas, and a certain heating rate, calcining temperature, and calcining time can be obtained with this carbon coated TiO2 nanomaterial.

【技术实现步骤摘要】
一种碳包覆氮掺杂的TiO2的蝴蝶状纳米材料的合成方法
本专利技术涉及使用一种模板法的方法，合成一种Ti基MOFs前驱物，再牺牲模板来合成碳包覆的氮掺杂的TiO2的复合纳米材料，属于TiO2材料的制备技术。
技术介绍
TiO2是一种常见的半导体光催化剂，在光催化降解、光解水、有机合成等方面有着广泛的应用。但是其较宽的禁带宽度（3.2eV）使其对可见光吸收效率低，同时电子/空穴快速复合率以及小的比表面积限制了其广泛应用。为了提高其光催化性能，研究者们以表面光敏化、离子掺杂、贵金属沉积、半导体异质结以及碳基材料等方法对其进行改性。然而，结合所有提及的TiO2的多种改性仍然是一个巨大的挑战。以MOFs做制备金属氧化物的牺牲模板，可以保留原MOFs模板形态和多孔碳结构，同时MOFs中的杂原子可以进行掺杂。这项工作以钛酸四异丙酯为钛源，2-氨基对苯二甲酸为氮源，用简单的自牺牲模板法制备这种碳包覆的氮掺杂的TiO2的复合材料。
技术实现思路
针对上述存在的问题，本专利技术的目的是提供一种简单的方法合成具有碳包覆氮掺杂的TiO2的纳米材料的合成方法，其具体步骤如下：第一步：合成Ti基MOFs前驱物。取0.75ml钛酸四异丙酯和0.03-0.09g的2-氨基对苯二甲酸溶解在无水乙醇（5ml）和N,N-二甲基甲酰胺(5ml)的混合溶液中，将上述混合溶液转移至高压应釜中，加热至目标反应温度和所需反应时间。反应结束后，通过离心收集产物，用N,N-二甲基甲酰胺和无水乙醇清洗产物数次，置于干燥箱中烘干即可得到氮掺杂的Ti基MOFs前驱物。第二步：通过煅烧得到碳包覆氮掺杂的TiO2的纳米材料。将第一步合成的Ti的前驱物在惰性气体保护下将其进行煅烧，设置一定的升温速率，煅烧温度，以及煅烧时间即可得到这种碳包覆的氮掺杂的TiO2的纳米材料。本专利技术通过选择一种复合氮的配体合成MOFs,氮原子可以作为掺杂原子进行掺杂,通过以MOFs为牺牲模板，保留了原模板中的形貌和多孔碳结构，得到这种碳包覆的氮掺杂的TiO2的纳米结构。附图说明图1为不同的反应时间产物的扫描电镜图(SEM)。图2不同的反应温度得到的产物扫描电镜图(SEM)。图3不同煅烧温度下得到的产物扫描电镜图(SEM)。图4为在上述实验条件1（即第一步产物）下所得的产物的扫描电镜图(图4a)和XRD（图4b）。图5为在上述实验条件2（即第二步最终产物）下所得的产物的扫描电镜图(图5a)，XRD（图5b）和EDX（图c-h）。图6为在上述实验条件2（即第二步最终产物）下所得的产物的透射电镜图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。一种碳包覆氮掺杂的TiO2的蝴蝶状纳米材料的合成方法：所属制备方法包括以下步骤，取0.75ml钛酸四异丙酯和0.03-0.09g2-氨基对苯二甲酸溶解于N,N-二甲基甲酰胺（5ml）和无水乙醇（5ml）的混合溶液中,搅拌均匀，将上述混合溶液转移至高压反应釜中，加热至120-150℃，反应时间4-24h。通过离心分离收集产物，然后用N,N-二甲基甲酰胺和无水乙醇将产物洗涤数次，置于烘箱干燥过夜。然后在Ar气氛围下对其进行煅烧，设置温度为480-600℃，时间为1-2h即可得到。本专利技术的实验反应时间在4h-24h范围内均可得到大小均匀的蝴蝶状的Ti基MOFs。图1不同的反应时间产物的扫描电镜图(SEM)。反应时间为4h产物的扫描电镜图（图1a）；反应时间为12h产物的扫描电镜图（图1b）；反应时间为18h产物的扫描电镜图（图1c）；反应时间为24h产物的扫描电镜图（图1d）。通过以上不同反应时间得到的产物扫描电镜图，表明本专利技术的实验反应时间在4h-24h范围内均可得到大小均匀的。本专利技术的实验反应温度在120℃-150℃范围内均可得到大小均匀的蝴蝶状的Ti基MOFs。图2不同的反应温度得到的产物扫描电镜图(SEM)。反应温度为120℃产物的扫描电镜图（图2a）；反应温度为150℃产物的扫描电镜图（图2b）。通过以上不同反应温度得到的产物扫描电镜图，表明本专利技术的实验反应温度在120℃-150℃范围内均可得到大小均匀的蝴蝶状Ti基MOFs。本专利技术的煅烧温度控制在480-600℃即可得到碳包覆的氮掺杂的TiO2纳米材料。图3不同煅烧温度下得到的产物扫描电镜图(SEM)。煅烧温度为480℃，500℃，550℃，600℃得到的产物的扫描电镜图（图3a,3b,3c,3d）；通过以上改变煅烧温度得到的产物扫描电镜图，表明本专利技术的煅烧温度在480-600℃范围内均可得到均匀的蝴蝶状的碳包覆氮掺杂的TiO2纳米材料。图4(a)产物的扫描电镜图(SEM)；(b)X射线粉末衍射图(XRD)。图4为在上述实验条件1下所得的产物的扫描电镜图(图4a)和XRD（图4b）。扫描电镜图表明所得产物为片组成的蝴蝶状的纳米颗粒，表明该颗粒尺寸比较均匀,XRD图表明所得产物为Ti基MOFs前驱物。图5(a)产物的扫描电镜图(SEM)；(b)X射线粉末衍射图(XRD);（c-h）Ti,O,C,N扫描电镜的元素分析（EDX）和各元素质量比。图5为在上述实验条件2下所得的产物的扫描电镜图(图5a)，XRD（图2b）和EDX（图c-h）。扫描电镜图表明所得产物为小颗粒堆积的片组成的蝴蝶状的纳米颗粒，XRD图表明所得产物为TiO2。从EDX中可以看出Ti,O,C,N是均匀分布在整个产物中的，而且N元素占的质量比为13%。图6为述实验条件2下所得的产物的透射电镜图，从图中可也看出整体结构是有非常薄的片组装而成的类似蝴蝶形貌的结构。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳包覆氮掺杂的TiO2的蝴蝶状纳米材料的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：取钛酸四异丙酯和2‑氨基对苯二甲酸溶解于N,N‑二甲基甲酰胺和无水乙醇的混合溶液中,搅拌均匀，将上述混合溶液转移至高压反应釜中，加热，反应时间4‑24h，通过离心分离收集产物，然后用N,N‑二甲基甲酰胺和无水乙醇将产物洗涤数次，置于烘箱干燥过夜，然后在Ar气氛围下对其进行煅烧，时间为1‑2h即可得到。

【技术特征摘要】
1.一种碳包覆氮掺杂的TiO2的蝴蝶状纳米材料的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：取钛酸四异丙酯和2-氨基对苯二甲酸溶解于N,N-二甲基甲酰胺和无水乙醇的混合溶液中,搅拌均匀，将上述混合溶液转移至高压反应釜中，加热，反应时间4-24h，通过离心分离收集产物，然后用N,N-二甲基甲酰胺和无水乙醇将产物洗涤数次，置于烘...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩锡光，王钒，
申请(专利权)人：江苏师范大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32