本发明专利技术涉及一种有可见光催化性能的氮掺杂二氧化钛异质结构的制备方法及其应用，属于光催化材料技术领域。该方法包括如下步骤：a.将分析纯的钛酸酯或四氯化钛与分析纯的异丙醇配成混合溶液，持续搅拌下，将混合溶液滴加至蒸馏水中，搅拌6～24h，得二氧化钛溶胶；b.二氧化钛溶胶与40～80wt％的水合肼或60～80％的乙二胺水溶液混合，然后超声分散，再转移至密闭、耐腐蚀的反应釜中，保温反应36～72h，得固体产物；c.经水洗、抽滤，再经干燥6～12h，即得氮掺杂二氧化钛异质结构的粉体。本发明专利技术所述制备技术简单，能耗小，制得的氮掺杂二氧化钛异质结构光催化降解有机染料效率高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种有可见光催化性能的氮掺杂二氧化钛异质结构的制备方法及其应用，属于光催化材料
技术介绍
二氧化钛(TiO2)具有高催化活性、化学稳定性、无毒及价廉易得等特点，在光催化、光电化学、太阳能电池、气敏传感和医疗等领域得到了广泛的研究和应用。但是，由于 TiO2带隙较宽(3.0 3. 2eV)，仅能吸收占太阳光谱能量较少一部分(5%)的紫外(UV) 光(λ < 380nm)，从而限制了其在占太阳光谱能量较大一部分(45%)的可见光照射场合中的应用。因此，如何拓宽TiO2的光响应范围，使之能够在可见光甚至是室内照明光照射场合得到有效利用(尤其是在光催化领域)，科研工作者做了大量艰苦、细致的工作。迄今为止，人们发展了多种方法，用以将TiO2的起始光吸收从UV光区延伸至可见光区；譬如，自掺杂法(自掺杂法是在缺氧或还原气氛下，将TW2高温热处理而得到的一类化学式中缺氧的非化学计量比的氧化钛，TiOx(χ <幻)、染料敏化法、金属或非金属元素或物种掺杂法， 以及金属和/或非金属元素或物种共掺杂的方法(如公开号为CN14M710A，CN1506154A, CN1555913A, CN1565721A, CN1583250A, CN1621147A, CN1712128A,CN1775359A,CN1850618A, CN1903436A, CN1935668A, CN1974014A, CN101157021A, CN101214999A, CN10129373A 的中国专利)。早在1986年，S. Mto通过焙烧一种商品羟基氧化钛材料，获得了一种颜色发(Sato, S. Photocatalytic activity of N0x_doped TiO2 in the visible light region . Chem. Phys. Lett. 1986,123 (1-2) :126-128.)；并证实该种掺氮氧化钛在可见光区域G34nm)对一氧化碳和乙烷的氧化具有较高的光催化效率；但是， 这一工作在当时科研界并没有引起广泛关注。直至2001年，R. Asahi等人在《科学》杂志上发表了一篇有影响力的文章(Asahi, R. ；Morikawa, T. ；Ohwaki, T. ；Aoki, K. ；Taga, Y.Visible-light photocatalysis in nitrogen-doped titanium oxides. Science 2001,293 :269-271.)该文通过理论计算和实验研究相结合的方法，报道了非金属元素 (C，N, F，P，S)特别是N元素掺杂的Ti02_xNx薄膜，在可见光(λ < 500nm)液相催化降解亚甲基蓝和气相催化分解乙醛的实验中，具有较高的光催化活性，作者将掺氮氧化钛在可见光下的催化活性归因于N元素取代了 TW2中的晶格0，引起N2p轨道和02p轨道的重叠，使 TiO2禁带变窄造成的。虽然，有关N掺杂氧化钛可见光催化活性的归属，到目前为止仍有争议；但自那以后，非金属物种、特别是氮元素的掺杂，在有关半导体光催化的理论和实验科学研究领域，引起了科研工作者的极大兴趣。虽然人们普遍认为掺杂能够修饰T^2的能带，使之对可见光具有响应性；但是掺杂在Tih禁带中引入的中间态(掺杂能级、Ti3+3d)也能使TW2的热稳定性、UV光催化活性以及氧化还原电势降低，原因是掺杂、特别是高浓度掺杂所引入的中间态能够成为光生电子禾口空穴的复合中心(Irie H. ；Watanabe, Y. ；Hashimoto, K. Nitrogen-concentrationdependence on photocatalytic activity of Ti02_xNx powders . J. Phys. Chem. B 2003, 107 :5483-5486.)。另一种拓宽TW2光响应性的方法是将其与另外一种窄禁带半导体复合，该窄禁带半导体充当TiO2可见光敏化剂的作用，能够充分吸收可见光，产生光生电子和空穴；光生电子和空穴分别向TiO2的导带和价带转移，有利于光生电荷分离，提高了复合光催化剂(或异质结构)的光催化效果(Shankar, K. ；Basham, J. I. ；Allam, N. K. ；Varghese, 0. K. ；Mor, G K. ；Feng, X. ；Paulose, M. ；Seabold, J. A. ；Choi, K. S. ；Grimes, C. A. Recent advances in the use of TiO2 nanotube and nanowire arrays for oxidative photoelectrochemistry J. Phys. Chem. C2009,113 :6327-6359.)；但该类窄禁带半导体的光化学稳定性不高，存在着UV光引发的光腐蚀问题，从而限制了其在太阳光下的重复利用。近来，8.6&0等人根据半导体能带理论设计了一种新型的!^1103/1102可见光(λ > 420nm)复合催化剂，该种异质结构的催化剂利用窄禁带半导体!^eTiO3吸收可见光，产生的光生空穴向TW2价带转移而非光生电子向TiO2导电转移的特点，保证了 ！^eTiO3不被光生空穴氧化而腐蚀，提高了该复合催化剂在模拟太阳光下的重复利用(feo，B. ；Kim, Y. J. ；Chakraborty, Α. K. ；Lee, W. I. Efficient decomposition of organic compounds with FeTi03/Ti02 heterojunction under visible light irradiationAppl. Catal. B :Environ. 2008,83 :202-207.)；但该种催化剂在模拟太阳光下的光催化效率仍低于商品 TiO2Degussa P25。鉴于TW2具有良好的光化学稳定性，近年来，有关不同晶型TiA形成异质结构提高其光催化活性的研究引起了科研工作者的极大兴趣(Yu，J.C. ；Yu, J. ；Ho, W. ；Zhang, L. Zhang,Preparation of highly photocatalytic active nanosized TiO2 particles via ultrasonic irradiationChem. Commun. 2001,1942-1943 ；Kandiel,T. A. ；Feldhoff,A.； Robben, L. ；Dillert, R. ；Bahnemann, D. W. Tailored titanium dioxide nanomaterials anatase nanoparticles and brookite nanorods as highly active photocatalysts Chem. Mater. 2010,22 :2050-2060 ；Etacheri, V. ；Seery, Μ. K. ；Hinder, S本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种氮掺杂二氧化钛异质结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：ａ．将分析纯的钛酸酯或四氯化钛与分析纯的异丙醇按体积比１∶（１５～２５）配成混合溶液，３００～５００ｒ／ｍｉｎ持续搅拌下，将混合溶液滴加至ｐＨ＜２的１～５℃的蒸馏水中，保温、持续搅拌６～２４ｈ，得二氧化钛溶胶；ｂ．将步骤ａ制得的二氧化钛溶胶与４０～８０ｗｔ％的水合肼或６０～８０％的乙二胺水溶液混合，然后超声分散２～１０ｍｉｎ，再转移至密闭、耐腐蚀的反应釜中，使反应釜的填充率为７０～８０％，于１８０～２２０℃温度范围内保温反应３６～７２ｈ，得固体产物；ｃ．将步骤ｂ制得的固体产物经水洗、抽滤，再经４０～１００℃干燥６～１２ｈ，即得氮掺杂二氧化钛异质结构的粉体。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：盖利刚，段秀全，姜海辉，周国伟，
申请(专利权)人：山东轻工业学院，
类型：发明
国别省市：88
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