一种氮掺杂的TiO2纳米管阵列及其制备方法技术

本发明专利技术涉及纳米材料和光催化及光电催化技术领域，具体涉及一种氮掺杂TiO2纳米管阵列，氮均匀分布于整个TiO2纳米管内部，实现TiO2纳米管的整体掺杂改性。本发明专利技术的氮掺杂TiO2纳米管阵列采用经渗氮的Ti片上进行阳极氧化获得。相比较其它方法制备的氮掺杂的TiO2纳米管阵列，本发明专利技术能够实现TiO2纳米管的整体渗氮，且不会改变TiO2纳米管阵列的晶体结构，可有效拓宽TiO2纳米管阵列的光吸收范围，提高其对可见光的吸收，有效应用于可见光光催化和光电催化技术领域。

【技术实现步骤摘要】
一种氮掺杂的TiO2纳米管阵列及其制备方法
本专利技术涉及纳米材料和光电催化及光电化学检测
，具体涉及一种氮掺杂的TiO2纳米管阵列及其制备方法。
技术介绍
社会在不断地发展，人们的生活水平在不断的提高，但是对于我们赖以生存的家园——地球来说，一些不可再生资源如煤、石油、天然气等燃料随着人类的消耗只会越来越少，而且还严重污染了自然环境，因此需要寻找一种可再生的、清洁的能源来满足人们的生活需求。氢能是一种环境友好型的可再生资源，其燃烧产物是水，不会造成环境污染。目前，光催化及光电催化分解水制氢受到许多研究工作者的青睐，其中TiO2纳米材料在光催化及光电催化分解水制氢方面具有很好的发展前景。而相对于其他纳米结构，TiO2纳米管具有大的比表面积和强的吸附性能，能够与水充分接触。因此，在光催化及光电催化分解水制氢方面受到广泛关注。但是，TiO2纳米管禁带宽度约为3.2eV，仅在紫外光下容易响应，且其光生电子-空穴在迁移过程中极易复合。因此，需要拓宽TiO2纳米管的光吸收范围，提高其在可见光下的吸收性能，降低其光生电子-空穴复合几率，从而提高其光催化及光电催化分解水制氢的能力。采用一些元素如N、H等的掺杂是目前常用的方法。其中，氮掺杂TiO2纳米管是目前比较热门的研究之一，它能够极大地提高TiO2纳米管在可见光下的光吸收能力，降低其光生电子-空穴复合几率，从而提高其光或光电转换效率。传统的氮掺杂方法仅仅是将氮元素掺杂在TiO2纳米管的表层范围，且分布不均匀，不利于载荷子的传输。因此，需要寻找一种有效的方法使得氮均匀分布在TiO2纳米管内部。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是：提供一种氮掺杂的TiO2纳米管阵列的制备方法，旨在获得氮均匀的分布在TiO2纳米管阵列内部，形成一种整体掺杂改性，以提高TiO2纳米管在紫外光照射下的光电化学性能，又能拓宽其光谱响应范围，提高其对可见光的吸收性能，可有效应用于可见光光催化和光电催化领域。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种氮掺杂TiO2纳米管阵列，氮均匀分布于整个TiO2纳米管内部，实现TiO2纳米管的整体掺杂改性。一种氮掺杂TiO2纳米管阵列的制备方法，采用经渗氮的Ti片上进行阳极氧化获得氮掺杂TiO2纳米管阵列，具体包含以下步骤：(1)Ti片的渗氮处理：将经过清洗、干燥的Ti片置于管式炉内进行氨气气氛下的渗氮处理；(2)阳极氧化处理：将渗氮Ti片进行阳极氧化处理；(3)煅烧晶化处理：将阳极氧化处理后的Ti片进行煅烧晶化处理。优选地，步骤(1)中的渗氮温度为500～1000℃，时间为2～10h。优选地，步骤(2)中阳极氧化处理时电解液为含有NH4F的乙二醇溶液，阳极氧化电压为20～100V，时间为2～6h。优选地，步骤(3)中煅烧晶化的温度为400～700℃，时间为1～5h。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术的一种氮掺杂的TiO2纳米管阵列的制备方法，相较于以前的制备方法，氮元素能均匀分布于TiO2纳米管体相内，形成一种整体掺杂改性，且不会破坏TiO2纳米管阵列的晶体结构，既能够提高TiO2纳米管阵列在紫外光下的光电化学性能，又能拓宽其光谱响应范围，提高其对可见光的吸收，可有效应用于光催化和光电催化
具体实施方式以下结合实施例对本专利技术作进一步的说明，需要说明的是，仅仅是对本专利技术构思所作的举例和说明，所属本
的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离专利技术的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应视为落入本专利技术的保护范围。实施例1一种氮掺杂TiO2纳米管阵列的制备方法，具体步骤如下：(1)Ti片的渗氮处理：将经过清洗、干燥的Ti片置于管式炉中进行氨气气氛下渗氮处理，其中渗氮温度为500℃，渗氮时间为2h，待用。(2)阳极氧化处理：将渗氮处理后的Ti片进行阳极氧化，其氧化电压为60V，氧化时间为6h。(3)煅烧晶化处理：将阳极氧化后的Ti片进行煅烧晶化，其晶化温度为500℃，时间为2h。经测试，按照上述步骤制备出氮掺杂的TiO2纳米管阵列，氮元素均匀的分布在TiO2纳米管阵列内部，形成了一种整体掺杂改性，且不会破坏TiO2纳米管阵列的晶体结构，在紫外照射下，光电流为92.4uA，约为TiO2纳米管阵列的光电流的1.68倍，且具有明显的可见光响应。实施例2本实施例的制备方法同实施例1，不同的是步骤(1)中渗氮温度为600℃。经测试，按照上述步骤制备出氮掺杂的TiO2纳米管阵列，氮元素均匀的分布在TiO2纳米管阵列内部，形成了一种整体掺杂改性，且不会破坏TiO2纳米管阵列的晶体结构，在紫外照射下，光电流为124.6uA，约为TiO2纳米管阵列的光电流的2.40倍，且具有明显的可见光响应。实施例3本实施例的制备方法同实施例1，不同的是步骤(1)中渗氮温度为800℃。经测试，按照上述步骤制备出氮掺杂的TiO2纳米管阵列，氮元素均匀的分布在TiO2纳米管阵列内部，形成了一种整体掺杂改性，且不会破坏TiO2纳米管阵列的晶体结构，在紫外照射下，光电流为151.8uA，约为TiO2纳米管阵列的光电流的2.92倍，且具有明显的可见光响应。实施例4本实施例的制备方法同实施例1，不同的是步骤(1)中渗氮温度为1000℃。经测试，按照上述步骤制备出氮掺杂的TiO2纳米管阵列，氮元素均匀的分布在TiO2纳米管阵列内部，形成了一种整体掺杂改性，且不会破坏TiO2纳米管阵列的晶体结构，在紫外照射下，光电流为136.7uA，约为TiO2纳米管阵列的光电流的2.62倍，且具有明显的可见光响应。实施例5本实施例的制备方法同实施例3，不同的是步骤(1)中渗氮时间为4h。经测试，按照上述步骤制备出氮掺杂的TiO2纳米管阵列，氮元素均匀的分布在TiO2纳米管阵列内部，形成了一种整体掺杂改性，且不会破坏TiO2纳米管阵列的晶体结构，在紫外照射下，光电流为203.7uA，约为TiO2纳米管阵列的光电流的3.92倍，且具有明显的可见光响应。实施例6本实施例的制备方法同实施例3，不同的是步骤(1)中渗氮时间为6h。经测试，按照上述步骤制备出氮掺杂的TiO2纳米管阵列，氮元素均匀的分布在TiO2纳米管阵列体内部，形成了一种整体掺杂改性，且不会破坏TiO2纳米管阵列的晶体结构，在紫外照射下，光电流为246.8uA，约为TiO2纳米管阵列的光电流的4.75倍，且具有明显的可见光响应。实施例7本实施例的制备方法同实施例3，不同的是步骤(1)中渗氮时间为8h。经测试，按照上述步骤制备出氮掺杂的TiO2纳米管阵列，氮元素均匀的分布在TiO2纳米管阵列体相内，形成了均相改性，在紫外照射下，光电流为276.8uA，约为TiO2纳米管阵列的光电流的5.32倍，且具有明显的可见光响应。实施例8本实施例的制备方法同实施例3，不同的是步骤(1)中渗氮时间为10h。经测试，按照上述步骤制备出氮掺杂的TiO2纳米管阵列，氮元素均匀的分布在TiO2纳米管阵列体相内，形成了均相改性，在紫外照射下，光电流为252.6uA，约为TiO2纳米管阵列的光电流的4.86倍，且具有明显的可见光响应。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氮掺杂TiO2纳米管阵列，其特征在于：氮均匀分布于整个TiO2纳米管内部，实现TiO2纳米管的整体掺杂改性。

【技术特征摘要】
1.一种氮掺杂TiO2纳米管阵列，其特征在于：氮均匀分布于整个TiO2纳米管内部，实现TiO2纳米管的整体掺杂改性。2.一种氮掺杂TiO2纳米管阵列的制备方法，其特征在于：采用经渗氮的Ti片上进行阳极氧化获得氮掺杂TiO2纳米管阵列，具体包含以下步骤：(1)Ti片的渗氮处理：将经过清洗、干燥的Ti片置于管式炉内进行氨气气氛下的渗氮处理；(2)阳极氧化处理：将渗氮Ti片进行阳极氧化处理；(3)煅烧晶化处理：将阳极氧化处理后的Ti片进行煅烧晶化...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐光青，冯强，陈婧，张鹏杰，吕珺，吴玉程，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34