一种锰掺杂MgTiO3窄禁带材料及其应用制造技术

本发明专利技术公开了涉及氧化物材料制备技术领域，尤其涉及一种锰掺杂MgTiO3窄禁带材料及其应用。第一个目的在于提供一种锰掺杂MgTiO3窄禁带材料，该锰掺杂MgTiO3窄禁带材料的化学通式为(Mg1‑

【技术实现步骤摘要】
一种锰掺杂MgTiO3窄禁带材料及其应用


[0001]本专利技术涉及氧化物材料制备
，尤其涉及一种锰掺杂MgTiO3窄禁带材料及其应用。

技术介绍

[0002]MgTiO3是一种具有钛铁矿型晶体结构的ABO3型金属氧化物，其构成元素地球丰度较高，因而其源材料如MgO、TiO2等价低、易得，故MgTiO3在实际应用中具有明显的可持续应用性。有关MgTiO3的研究主要集中在微波介电陶瓷领域，即主要应用于通讯领域。此外，也有关于MgTiO3太阳能水分解制氢方面的研究报道。然而，MgTiO3是一种宽禁带氧化物，其禁带宽度在3.4
‑
3.7eV范围，并不能很好的利用入射到地面的太阳能。在入射到地面的太阳光总能量中，可见光区约占50％，红外区约占43％，紫外区的太阳辐射能只占总量的约7％。因此，为了充分利用太阳光，通常要求材料带隙宽度要窄一些，应在1.5eV左右为宜。
[0003]为了降低MgTiO3的带隙宽度，本专利技术提出向MgTiO3中引入较高浓度的Mn离子。以往有关Mn掺杂MgTiO3的研究主要关注在荧光特性优化方面，其中掺杂的Mn离子主要作为发光缺陷中心，因此其掺杂浓度很低，通常低于0.3at.％。最为关键的是，以往有关Mn掺杂MgTiO3的研究中并未关注带隙宽度的调整。本专利技术将基于固相合成法，制备Mn掺杂浓度不低于10at.％的Mg1‑
x
Mn
x
TiO3固体材料，使材料体系相对纯MgTiO3的带隙具有显著降低，从而使所制备材料在太阳能利用领域具有更为广阔的应用。尤其是所开发的Mg1‑
x
Mn
x
TiO3材料带隙会随掺杂的Mn元素含量变化而变化，从而使本专利技术开发的材料体系可应用于太阳能光催化、太阳能水分解、太阳能电池等多个太阳能利用领域。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的MgTiO3禁带宽度较宽，不能很好的利用入射到地面的太阳能的问题，本专利技术的第一个目的在于提供一种锰掺杂MgTiO3窄禁带材料，所述产品具有(Mg1‑
x
Mn
x
)TiO3材料带隙会随掺杂的Mn元素含量变化而变化，使材料体系相对纯MgTiO3的带隙具有显著降低的优点。
[0005]本专利技术的第二个目的在于提供一种锰掺杂MgTiO3窄禁带材料的应用，所制备材料在太阳能利用领域具有更为广阔的应用。
[0006]为实现上述第一个目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种锰掺杂MgTiO3窄禁带材料，该锰掺杂MgTiO3窄禁带材料的化学通式为(Mg1‑
x
Mn
x
)TiO3，其中x为Mn
4+
掺杂的摩尔比，0.1≤x≤0.6；该锰掺杂MgTiO3窄禁带材料的带隙宽度从3.4
‑
3.7eV减小到1.4
‑
2.91eV。
[0007]通过采用上述技术方案，本申请采用Mn取代MgTiO3中的Mg离子，即占据的是ABO3通式中的A位，能够形成单一的(Mg1‑
x
Mn
x
)TiO3物质。若按照Mn取代Ti离子进行化学配比制备，则将会出现锰氧化物、钛氧化物的杂相，且难以观察到(Mg1‑
x
Mn
x
)TiO3物质的合成。本专利技术还限定了合成的(Mg1‑
x
Mn
x
)TiO3物质中Mn掺杂浓度不低于10at.％，Mn的掺杂浓度若太低，对于禁带宽度的影响并不是很显著。Mn的掺杂浓度太高意义也不大，Mn掺杂浓度不高于60at.％
时材料带隙宽度已经达到1.4eV了，对于太阳能利用也就足够了，且材料体系相对纯MgTiO3的带隙具有显著降低，此外，Mn的掺杂浓度再高就不是Mn掺杂MgTiO3，而是Mg掺杂MnTiO3了。
[0008]进一步地，所述Mg
2+
、Mn
4+
和Ti
4+
的摩尔比为(1
‑
x):x:1。
[0009]进一步地，所述锰掺杂MgTiO3窄禁带材料采用固相合成法进行制备。
[0010]通过采用上述技术方案，由于Mn离子取代了Mg离子，影响了掺杂体系能带结构，从而获得掺杂体系的禁带宽度相较纯MgTiO3的带隙显著降低的效果。
[0011]进一步地，所述锰掺杂MgTiO3窄禁带材料的具体制备方法包括以下步骤：
[0012]S1：按化学式(Mg1‑
x
Mn
x
)TiO3中各元素的化学计量比，分别称取含有镁离子Mg
2+
的化合物、含有钛离子Ti
4+
的化合物、含有锰离子Mn
4+
的化合物，混合均匀，得到混合物；
[0013]S2：将步骤S1得到的混合物进行直接烧结或压片
‑
煅烧，煅烧温度为1000
‑
1250℃，煅烧时间为5h。
[0014]通过采用上述技术方案，通过限定煅烧温度，超过1250℃的高温后会出现TiO2和正钛酸镁(Mg2TiO4)的杂相，即(Mg1‑
x
Mn
x
)TiO3会发生分解。温度太低会无法化合或不能充分化合。
[0015]进一步地，所述含有镁离子Mg
2+
的化合物为MgO、MgCO3、Mg(NO3)2、MgSO4、MgCl2中的一种。
[0016]进一步地，所述含有钛离子Ti
4+
的化合物为TiO2。
[0017]进一步地，所述含有锰离子Mn
4+
的化合物为MnO、MnCl2、MnSO4中的一种。
[0018]为实现上述第二个目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种锰掺杂MgTiO3窄禁带材料在太阳能利用领域的应用，更进一步地，所述的太阳能利用领域可以为太阳能光催化、太阳能水分解或太阳能电池。
[0019]本专利技术公开的一种锰掺杂MgTiO3窄禁带材料及其应用的有益效果：
[0020]第一、本申请由于向MgTiO3中引入较高浓度的Mn离子，采用Mn离子取代MgTiO3中的Mg离子，形成单一的(Mg1‑
x
Mn
x
)TiO3物质，使(Mg1‑
x
Mn
x
)TiO3材料体系相对纯MgTiO3的带隙具有显著降低。
[0021]第二、本专利技术将基于固相合成法，制备Mn掺杂浓度不低于10at.％的Mg1‑
x
Mn
x
TiO3固体材料，使材料体系相对纯MgTiO3的带隙具有显著降低，从而使所制备材料在太阳能利用领域具有更为广阔的应用。
[0022]第三、所制备的Mg1‑
x
Mn
x
TiO3材料带隙会随掺杂的Mn元素含量变化而变化，从而使本专利技术开发的材料体系可应用于太阳能光催化、太阳能水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锰掺杂MgTiO3窄禁带材料，其特征在于，该锰掺杂MgTiO3窄禁带材料的化学通式为(Mg1‑
x
Mn
x
)TiO3，其中x为Mn
4+
掺杂的摩尔比，0.1≤x≤0.6；该锰掺杂MgTiO3窄禁带材料的带隙宽度从3.4
‑
3.7eV减小到1.4
‑
2.91eV。2.根据权利要求1所述的一种锰掺杂MgTiO3窄禁带材料，其特征在于，所述Mg
2+
、Mn
4+
和Ti
4+
的摩尔比为(1
‑
x):x:1。3.根据权利要求1所述的一种锰掺杂MgTiO3窄禁带材料，其特征在于，所述锰掺杂MgTiO3窄禁带材料采用固相合成法进行制备。4.根据权利要求3所述的一种锰掺杂MgTiO3窄禁带材料，其特征在于，所述锰掺杂MgTiO3窄禁带材料的具体制备方法包括以下步骤：S1：按化学式(Mg1‑
x
Mn
x
)TiO3中各元素的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘超前，李金阁，王楠，
申请(专利权)人：大连交通大学，
类型：发明
国别省市：