專利名稱：一種氮摻雜氧化鈦光催化劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氮摻雜氧化鈦光催化劑的制備領(lǐng)域，具體涉及一種通過固相合成法制備具有可見光活性的氮摻雜氧化鈦光催化劑的方法。
背景技術(shù)：
自 1972 年 A. Fujishma 禾口 K. Honda (A. Fu jishma, et al, Electrochemical photolysis of water at a semiconductor electrode. Nature, 1972,238,37-38)發(fā)現(xiàn) TiO2電極在紫外光照下光解水以來，以氧化鈦為代表的半導(dǎo)體光催化劑受到了廣泛的關(guān)注和研究。氧化鈦為代表的半導(dǎo)體光催化劑因其具有催化活性高、穩(wěn)定性好、價(jià)格低廉、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，使得其在太陽能電池，光水解制氫、氧，廢水處理，空氣凈化等方面都具有巨大的應(yīng)用前景。近年來，隨著城市化進(jìn)程的加速，全球環(huán)境問題日趨嚴(yán)重，石油煤炭等資源的持續(xù)消耗進(jìn)一步加劇能源的短缺，為此，發(fā)展以氧化鈦為代表的半導(dǎo)體光催化劑的新型功能材料在解決能源短缺和環(huán)境污染等問題上具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。然而氧化鈦?zhàn)鳛橐环NN型半導(dǎo)體材料，其帶隙較寬，只有在紫外線的激發(fā)下才生成電子和空穴顯示出催化活性，而在到達(dá)地面的太陽光中，紫外光部分只占5%左右，可見光部分高達(dá)45%，因此，氧化鈦對太陽能的利用率很低。國內(nèi)外學(xué)者主要采用金屬或非金屬離子摻雜、窄帶隙半導(dǎo)體復(fù)合、貴金屬沉積等技術(shù)對氧化鈦進(jìn)行修飾改性，以擴(kuò)展其光譜響應(yīng)至可見光區(qū)從而提高太陽能利用率。但是，窄帶隙半導(dǎo)體如硫化鎘等自身穩(wěn)定性較差，在光激發(fā)下易發(fā)生自氧化而影響催化劑的使用壽命；貴金屬沉積具有價(jià)格昂貴和易脫離氧化鈦表面等缺點(diǎn)。利用金屬、非金屬離子摻雜氧化鈦窄化帶隙是當(dāng)前擴(kuò)展其光譜響應(yīng)至可見光區(qū)的最有效實(shí)用的方法。研究者在氧化鈦摻雜方面已經(jīng)開展了大量的工作，主要集中在過渡金屬和稀土金屬離子摻雜方面。雖然金屬離子摻雜氧化鈦能顯著窄化帶隙使得光譜響應(yīng)產(chǎn)生明顯紅移以實(shí)現(xiàn)可見光的響應(yīng)，但同時(shí)提高了電子-空穴的復(fù)合率，使得催化效率降低。此夕卜，金屬離子摻雜的氧化鈦材料熱穩(wěn)定性較差，在一定溫度下?lián)诫s的金屬離子會以金屬氧化物的形式從氧化鈦晶格中脫離出來，存在著技術(shù)問題。2001 ip R. Asahi 等(R. Asahi, et. al, Visible-light photocatalysis in nitrogen-doped titanium oxides. Science，2001，293，269-271)發(fā)現(xiàn)氮部分替代氧化鈦中晶格氧窄化帶隙實(shí)現(xiàn)可見光下的響應(yīng)，之后大量的研究表明氮摻雜氧化鈦有利于擴(kuò)展氧化鈦的光譜響應(yīng)至可見光區(qū)。但目前氮摻雜氧化鈦光催化劑的制備大多利用離子注射、NH3 氣氛高溫晶化等手段，這些制備方法所需設(shè)備昂貴，制備條件苛刻，生產(chǎn)成本較高。公開號為CN 101327425A的中國專利申請公開了一種氮摻雜二氧化鈦光催化劑的制備方法，采用氨氣氣氛熱處理鈦酸納米管，熱處理溫度為400°C至700°C，保溫0. 5到M 小時(shí)，在氨氣保護(hù)下自然冷卻后可得到二氧化鈦光催化劑。該制備方法使用氨氣為氮源，對環(huán)境污染嚴(yán)重，并且制備的二氧化鈦光催化劑的光譜響應(yīng)也未能很好地?cái)U(kuò)展至可見光區(qū)。 氨氣自身作為一種污染氣體，對環(huán)境危害較大，在制備過程中需進(jìn)行尾氣吸收，處理成本較高，不利于大規(guī)模工業(yè)化推廣應(yīng)用。公開號為CN 1583250A的中國專利申請公開了一種摻氮二氧化鈦光催化劑的制備方法，采用固相反應(yīng)法將氮元素取代二氧化鈦中部分氧元素，用尿素作為氮源，尿素和二氧化鈦粉體或其前軀體發(fā)生反應(yīng)，生成氮摻雜的二氧化鈦光催化劑，氮元素在二氧化鈦粉體光催化劑中的摩爾百分比達(dá)到0. 05% 5.0%。然而，尿素作為一種有機(jī)物質(zhì)，在高溫下處理易生成一種具有可見光活性的碳氮聚合物材料(F.D0ng，et al. Efficient synthesis of polymeric g_C3N4 layered materials as novel efficient visible light driven photocatalysts, J. Mater. Chem.，2011，21，15171-15174)，該材料可作為氧化鈦的敏化劑實(shí)現(xiàn)其對可見光的響應(yīng)。因此，由該法所得的光催化材料，其可見光催化機(jī)理還有待進(jìn)一步證實(shí)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種氮摻雜氧化鈦光催化劑的制備方法，以氯化銨為氮源，通過氮原子部分替換氧化鈦中的晶格氧窄化帶隙，擴(kuò)展其吸收光譜至可見光區(qū)域。一種氮摻雜氧化鈦光催化劑的制備方法，堿金屬鈦酸鹽與氯化銨通過固相合成法得到氮摻雜氧化鈦光催化劑；所述的堿金屬鈦酸鹽具有層狀結(jié)構(gòu)。以氯化銨為氮源，通過固相合成法，將氮原子部分替換氧化鈦中的晶格氧得到氮摻雜氧化鈦粉體，即氮摻雜氧化鈦光催化劑。為了得到更好的發(fā)明效果，以下作為本發(fā)明的優(yōu)選所述的堿金屬鈦酸鹽為纖鐵礦層狀結(jié)構(gòu)的堿金屬鈦酸鹽Ka8Tiu3Lia27O4、纖鐵礦層狀結(jié)構(gòu)的堿金屬鈦酸鹽Csa7Tiu25O4或者層狀結(jié)構(gòu)的堿金屬鈦酸鹽K2Ti409。纖鐵礦層狀結(jié)構(gòu)的堿金屬鈦酸鹽Ka8Tiu3Lia27O4可按文獻(xiàn)(T. Sasaki，et al. A mixed alkali metal titanate with the lepidocrocite-like layered structure. Preparation, crystal structure, protonic form, and acid-base intercalation properties. Chem. Mater.，1998，10,4123-4128)制備；纖鐵礦層狀結(jié)構(gòu)的堿金屬鈦酸鹽Csa Jiu25O4可按文獻(xiàn) (T. Sasaki, et al. Preparation and acid-base properties of a protonated titanate with thelepidocrocite-like layered structure. Chem. Mater. 1995,7,1001-1007)制備；層狀結(jié)構(gòu)的堿金屬鈦酸&K2Ti409可按文獻(xiàn)(Μ. R.Allen，et al. Evolution of physical and photocatalytic properties in the layered titanates A2Ti4O9 (A = K, H)and in the nanosheets derived by chemical exfoliation. Chem. Mater. 2010,22,1220-1228)制備。進(jìn)一步優(yōu)選，所述的堿金屬鈦酸鹽為纖鐵礦層狀結(jié)構(gòu)的堿金屬鈦酸鹽 K0^Ti1.73Li0.2704o Ka8Tk73Lia27O4作為一種典型的纖鐵礦層狀結(jié)構(gòu)的堿金屬鈦酸鹽材料，其制備方法簡單。該堿金屬鈦酸鹽層間的堿金屬離子具有可交換性，作為一種強(qiáng)堿弱酸鹽材料易與熔融強(qiáng)酸弱堿鹽氯化銨進(jìn)行離子交換反應(yīng)得到銨離子插層的鈦酸鹽，進(jìn)一步分解獲得氮摻雜鈦酸鹽材料。所述的氯化銨與堿金屬鈦酸鹽的質(zhì)量比為0. 1 10 1。進(jìn)一步優(yōu)選，所述的氯化銨與堿金屬鈦酸鹽的質(zhì)量比為0.2 2 1。過量的氯化銨促進(jìn)金紅石相氧化鈦的生成， 降低光催化性能；少量的氯化銨不利于氮摻雜氧化鈦的生成。在優(yōu)選條件下，得到銳鈦礦和金紅石兩相共存氮摻雜氧化鈦，有利于光催化效率的提高。所述的固相合成法包括以下步驟將堿金屬鈦酸鹽充分研磨0. 5h 1. 5h磨細(xì)后加入氯化銨，混合后再次研磨0. Ih lh，然后經(jīng)過熱處理，水洗、烘干得到氮摻雜氧化鈦光催化劑。所述的熱處理為在400°C 600°C煅燒處理Ih 3h。在上述熱處理?xiàng)l件下，堿金屬鈦酸鹽首先與熔融氯化銨進(jìn)行離子交換反應(yīng)，生成銨離子插層的層狀鈦酸鹽相，進(jìn)一步加熱分解生成氮摻雜氧化鈦催化劑。烘干條件在60°C 80°C放置1 30h進(jìn)行烘干。進(jìn)一步優(yōu)選，所述的固相合成法包括以下步驟將堿金屬鈦酸鹽充分研磨Ih磨細(xì)后加入氯化銨，混合后再次研磨0. 5h，然后在500°C煅燒處理池，水洗、在70°C下放置Mh 進(jìn)行烘干得到氮摻雜氧化鈦光催化劑。本發(fā)明的氮摻雜氧化鈦光催化劑，基本上為黃色氮摻雜氧化鈦粉體，其光譜在可見光區(qū)域具有明顯吸收。所制備的氮摻雜氧化鈦光催化劑的性能表征包括X射線衍射(XRD)圖譜測定產(chǎn)物相結(jié)構(gòu)，采用紫外可見分光光度計(jì)測定產(chǎn)物的紫外-可見吸收光譜。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明采用堿金屬鈦酸鹽為氧化鈦原料，容易獲取，以氯化銨為氮源，避免了使用有毒氣體NH3,對環(huán)境污染較小，通過氮原子部分替換氧化鈦中的晶格氧窄化帶隙，擴(kuò)展其吸收光譜至可見光區(qū)域。制備的氮摻雜氧化鈦光催化劑可應(yīng)用于光解水制氫、太陽能電池和光催化去污等領(lǐng)域，具有良好的應(yīng)用前景。本發(fā)明氮摻雜氧化鈦光催化劑的制備方法，通過調(diào)節(jié)氯化銨與堿金屬鈦酸鹽的質(zhì)量比就可控制氮摻雜氧化鈦光催化劑中銳鈦礦與金紅石的質(zhì)量比，可以根據(jù)氮摻雜氧化鈦光催化劑應(yīng)用的不同領(lǐng)域，調(diào)整銳鈦礦與金紅石的質(zhì)量比，從而達(dá)到最佳的催化活性。本發(fā)明方法合成工藝簡單，易控制，可操作性強(qiáng)，生產(chǎn)成本較低，易于工業(yè)化生產(chǎn)，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和廣闊的應(yīng)用前景。


圖1是實(shí)施例1 7制備的氮摻雜氧化鈦光催化劑和對比例1制備的氧化鈦光催化劑的X射線衍射圖譜，其中，橫軸是衍射角度2 θ，縱軸是衍射強(qiáng)度，〇代表金紅石，▽代表銳鈦礦， 代表具有纖鐵礦層狀結(jié)構(gòu)的堿金屬鈦酸鹽；圖2是實(shí)施例1 7制備的氮摻雜氧化鈦光催化劑和對比例1制備的氧化鈦光催化劑的紫外-可見吸收光譜，其中，橫軸是波長，縱軸是吸光度；圖3是實(shí)施例4制備的氮摻雜氧化鈦光催化劑、對比例2中的商品Ρ25氧化鈦和對比例2制備的氧化鈦光催化劑的紫外-可見吸收光譜，其中，橫軸是波長，縱軸是吸光度；圖4是實(shí)施例1 7制備的氮摻雜氧化鈦光催化劑及對比例1和對比例2制備的氧化鈦光催化劑在可見光下光降解亞甲基藍(lán)的催化效果圖，其中，橫軸為各樣品，縱軸為降解量。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
將3. 22g無水碳酸鉀(國藥試劑有限公司，分析純，質(zhì)量純度>99%)、0.55g無水碳酸鋰(國藥試劑有限公司，分析純，質(zhì)量純度>99% )、7. 68g氧化鈦(國藥試劑有限公司，化學(xué)純，質(zhì)量純度彡98% )混合研磨Ih后于1000°C下煅燒20h，得到IOg纖鐵礦層狀結(jié)構(gòu)的堿金屬鈦酸鹽Ktl. Ji1.73Li0.2704。稱取Ig纖鐵礦層狀結(jié)構(gòu)的堿金屬鈦酸鹽Ka8T^73Lia27O4,充分研磨Ih磨細(xì)后，力口入IOg氯化銨固體(市售)，繼續(xù)研磨0. 5h，使其混合均勻轉(zhuǎn)移至氧化鋁坩堝中，在500°C下煅燒處理池，水洗煅燒產(chǎn)物，在70°C下放置24h進(jìn)行烘干，得到0. Sg黃色粉體，即為氮摻雜氧化鈦光催化劑，記為T0N-10樣品。通過X射線粉末衍射儀得到X-射線衍射(XRD)圖譜，如圖1所示，結(jié)果表明， T0N-10樣品為金紅石相氧化鈦；通過紫外可見分光光度計(jì)得到紫外-可見吸收光譜，如圖2 所示，結(jié)果表明，T0N-10樣品的吸收邊由原來的380nm擴(kuò)展至570nm，并在450nm附近有一很強(qiáng)的吸收峰。實(shí)施例2稱取Ig實(shí)施例1制備的纖鐵礦層狀結(jié)構(gòu)的堿金屬鈦酸鹽Ka8Tiu3Lia27O4,充分研磨Ih磨細(xì)后，加入5g氯化銨固體(市售)，繼續(xù)研磨0. 5h使其混合均勻轉(zhuǎn)移至氧化鋁坩堝中，在500°C下煅燒處理池，水洗煅燒產(chǎn)物，在70°C下放置24h進(jìn)行烘干，得到0. Sg黃色粉體，即為氮摻雜氧化鈦光催化劑，記為T0N-5樣品。通過X射線粉末衍射儀得到X-射線衍射(XRD)圖譜，如圖1所示，結(jié)果表明，T0N-5 樣品為金紅石相氧化鈦；通過紫外可見分光光度計(jì)得到紫外-可見吸收光譜，如圖2所示， 結(jié)果表明，T0N-5樣品的吸收邊由原來的380nm擴(kuò)展至570nm，并在450nm附近有一很強(qiáng)的吸收峰。實(shí)施例3稱取Ig實(shí)施例1制備的纖鐵礦層狀結(jié)構(gòu)的堿金屬鈦酸鹽Ka8Tiu3Lia27O4,充分研磨Ih磨細(xì)后，加入2g氯化銨固體(市售)，繼續(xù)研磨0. 5h使其混合均勻轉(zhuǎn)移至氧化鋁坩堝中，在500°C下煅燒處理池，水洗煅燒產(chǎn)物，在70°C下放置24h進(jìn)行烘干，得到0. Sg黃色粉體，即為氮摻雜氧化鈦光催化劑，記為T0N-2樣品。通過X射線粉末衍射儀得到X-射線衍射(XRD)圖譜，如圖1所示，結(jié)果表明，T0N-2 樣品為銳鈦礦和金紅石混合相氧化鈦；通過紫外可見分光光度計(jì)得到紫外-可見吸收光譜，如圖2所示，結(jié)果表明，T0N-2樣品的吸收邊由原來的380nm擴(kuò)展至570nm，并在450nm 附近有一很強(qiáng)的吸收峰。實(shí)施例4稱取Ig實(shí)施例1制備的纖鐵礦層狀結(jié)構(gòu)的堿金屬鈦酸鹽Ka8Tiu3Lia27O4,充分研磨Ih磨細(xì)后，加入Ig氯化銨固體(市售)，繼續(xù)研磨0.證使其混合均勻轉(zhuǎn)移至氧化鋁坩堝中，在500°C下煅燒處理池，水洗煅燒產(chǎn)物，在70°C下放置24h進(jìn)行烘干，得到0. Sg黃色粉體，即為氮摻雜氧化鈦光催化劑，記為T0N-1樣品。通過X射線粉末衍射儀得到X-射線衍射(XRD)圖譜，如圖1所示，結(jié)果表明，T0N-1 樣品為銳鈦礦和金紅石混合相氧化鈦；通過紫外可見分光光度計(jì)得到紫外-可見吸收光譜，如圖2所示，結(jié)果表明，T0N-1樣品的吸收邊由原來的380nm擴(kuò)展至570nm，并在450nm 附近有一很強(qiáng)的吸收峰。
實(shí)施例5稱取Ig實(shí)施例1制備的纖鐵礦層狀結(jié)構(gòu)的堿金屬鈦酸鹽Ka8Tiu3Lia27O4,充分研磨Ih磨細(xì)后，加入0. 5g氯化銨固體(市售)，繼續(xù)研磨0.證使其混合均勻轉(zhuǎn)移至氧化鋁坩堝中，在500°C下煅燒處理池，水洗煅燒產(chǎn)物，在70°C下放置24h進(jìn)行烘干，得到0. Sg黃色粉體，即為氮摻雜氧化鈦光催化劑，記為Τ0Ν-0. 5樣品。通過X射線粉末衍射儀得到X-射線衍射(XRD)圖譜，如圖1所示，結(jié)果表明， Τ0Ν-0. 5樣品為銳鈦礦和金紅石混合相氧化鈦；通過紫外可見分光光度計(jì)得到紫外-可見吸收光譜，如圖2所示，結(jié)果表明，Τ0Ν-0. 5樣品的吸收邊由原來的380nm擴(kuò)展至560nm，并在450nm附近有一較強(qiáng)的吸收峰。實(shí)施例6稱取Ig實(shí)施例1制備的纖鐵礦層狀結(jié)構(gòu)的堿金屬鈦酸鹽Ka8Tiu3Lia27O4,充分研磨Ih磨細(xì)后，加入0. 2g氯化銨固體(市售)，繼續(xù)研磨0.證使其混合均勻轉(zhuǎn)移至氧化鋁坩堝中，在500°C下煅燒處理池，水洗煅燒產(chǎn)物，在70°C下放置24h進(jìn)行烘干，得到0. Sg淡黃色粉體，即為氮摻雜氧化鈦光催化劑，記為Τ0Ν-0. 2樣品。通過X射線粉末衍射儀得到X-射線衍射(XRD)圖譜，如圖1所示，結(jié)果表明， Τ0Ν-0. 2樣品為銳鈦礦和金紅石混合相氧化鈦；通過紫外可見分光光度計(jì)得到紫外-可見吸收光譜，如圖2所示，結(jié)果表明，Τ0Ν-0. 2樣品的吸收邊由原來的380nm擴(kuò)展至540nm，并在450nm附近有一明顯的吸收峰。實(shí)施例7稱取Ig實(shí)施例1制備的纖鐵礦層狀結(jié)構(gòu)的堿金屬鈦酸鹽Ka8Tiu3Lia27O4,充分研磨Ih磨細(xì)后，加入0. Ig氯化銨固體(市售)，繼續(xù)研磨0.證使其混合均勻轉(zhuǎn)移至氧化鋁坩堝中，在500°C下煅燒處理池，水洗煅燒產(chǎn)物，在70°C下放置24h進(jìn)行烘干，得到0. 9g白色粉體，即為氮摻雜氧化鈦光催化劑，記為Τ0Ν-0. 1樣品。通過X射線粉末衍射儀得到X-射線衍射(XRD)圖譜，如圖1所示，結(jié)果表明， Τ0Ν-0. 1樣品為由銳鈦礦氧化鈦和纖鐵礦層狀結(jié)構(gòu)的堿金屬鈦酸鹽組成的混合物；通過紫外可見分光光度計(jì)得到紫外-可見吸收光譜，如圖2所示，結(jié)果表明，Τ0Ν-0. 1樣品在可見光區(qū)域沒有吸收。實(shí)施例8將5. 70g無水碳酸銫(國藥試劑有限公司，分析純，質(zhì)量純度彡99% ),7. 29g氧化鈦(國藥試劑有限公司，化學(xué)純，質(zhì)量純度彡98% )混合研磨Ih后于800°C下煅燒40h，得到12g纖鐵礦層狀結(jié)構(gòu)的堿金屬鈦酸鹽Csa7Tiu25CV稱取Ig纖鐵礦層狀結(jié)構(gòu)的堿金屬鈦酸鹽Cstl. Jiu25O4，充分研磨Ih磨細(xì)后，加入 Ig氯化銨固體(市售)，繼續(xù)研磨0. 5h，使其混合均勻轉(zhuǎn)移至氧化鋁坩堝中，在500°C下煅燒處理池，水洗煅燒產(chǎn)物，在70°C下放置24h進(jìn)行烘干，得到0. 6g黃色粉體，即為氮摻雜氧化鈦光催化劑，記為TON-C樣品。實(shí)施例9將4. 15g無水碳酸鉀(國藥試劑有限公司，分析純，質(zhì)量純度彡99%)、7. 19g氧化鈦(國藥試劑有限公司，化學(xué)純，質(zhì)量純度彡98% )混合研磨Ih后于960°C下煅燒10h，得到IOg層狀結(jié)構(gòu)的堿金屬鈦酸鹽K2Ti409。
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稱取Ig層狀結(jié)構(gòu)的堿金屬鈦酸鹽K2Ti4O9，充分研磨Ih磨細(xì)后，加入Ig氯化銨固體(市售)，繼續(xù)研磨0. 5h,使其混合均勻轉(zhuǎn)移至氧化鋁坩堝中，在500°C下煅燒處理池，水洗煅燒產(chǎn)物，在70°C下放置Mh進(jìn)行烘干，得到0. 8g淡黃色粉體，即為氮摻雜氧化鈦光催化齊[J，記為TON-K樣品。對比例1稱取Ig實(shí)施例1制備的纖鐵礦層狀結(jié)構(gòu)的堿金屬鈦酸鹽Ka8Tiu3Lia27O4,充分研磨Ih磨細(xì)后轉(zhuǎn)移至氧化鋁坩堝中，在500°C下煅燒處理2小時(shí)，水洗煅燒產(chǎn)物，在70°C下放置24h進(jìn)行烘干，得到Ig白色粉體，即為氧化鈦光催化劑，記為TON-O樣品。通過X射線粉末衍射儀得到X-射線衍射(XRD)圖譜，如圖1所示，結(jié)果表明，TON-O 樣品為纖鐵礦層狀結(jié)構(gòu)的堿金屬鈦酸鹽；通過紫外可見分光光度計(jì)得到紫外-可見吸收光譜，如圖2所示，結(jié)果表明，TON-O樣品在可見光區(qū)域沒有吸收。對比例2稱取Ig商品P25氧化鈦(德國degussa公司)粉末，加入Ig氯化銨固體(市售)， 充分研磨0. 5h使其混合均勻轉(zhuǎn)移至氧化鋁坩堝中，在500°C下煅燒處理2小時(shí)，水洗煅燒產(chǎn)物，在70°C下放置24h進(jìn)行烘干，得到Ig白色粉體，即為氧化鈦光催化劑，記為P25-1樣
P
ΡΠ O通過紫外可見分光光度計(jì)分別得到P25氧化鈦和P25-1樣品的紫外-可見吸收光譜，如圖3所示，結(jié)果表明，P25氧化鈦和P25-1樣品在可見光區(qū)域沒有吸收。應(yīng)用例1 (用可見光降解亞甲基藍(lán)測試催化劑的可見光催化活性)在200mL的耐熱反應(yīng)器中，將質(zhì)量為0.05g的催化劑分散于濃度為10mg/L的 IOOmL亞甲基藍(lán)水溶液中，于暗室下磁力攪拌池以達(dá)到吸附-解吸平衡，以300W氙燈光源模擬太陽光，用400nm的濾波片濾去波長小于400nm的紫外以確保入射光為可見光?？刂品磻?yīng)溫度為10°C，光照一小時(shí)后取樣。用紫外-可見分光光度計(jì)測定光照后亞甲基藍(lán)溶液吸光度，并利用標(biāo)準(zhǔn)曲線得到亞甲基藍(lán)溶液濃度。催化劑分別選用實(shí)施例1 7制備的氮摻雜氧化鈦光催化劑及對比例1和對比例2制備的氧化鈦光催化劑進(jìn)行試驗(yàn)。實(shí)施例1 7制備的氮摻雜氧化鈦光催化劑及對比例1和對比例2制備的氧化鈦光催化劑的光催化結(jié)果如圖4所示。根據(jù)可見光催化結(jié)果表明，在氯化銨與堿金屬鈦酸鹽的優(yōu)選質(zhì)量比為0.2 2 1情況下，本發(fā)明氮摻雜氧化鈦光催化劑具有明顯增強(qiáng)的可見光催化活性。過量或少量的氯化銨所制備的氮摻雜氧化鈦光催化劑的催化活性較低，這是由于過量氯化銨條件下生成單一的金紅石相氧化鈦、過少的氯化銨不利于氮摻雜氧化鈦的生成而導(dǎo)致的，兩者都不利于可見光活性的提高。
權(quán)利要求
1.一種氮摻雜氧化鈦光催化劑的制備方法，其特征在于，堿金屬鈦酸鹽與氯化銨通過固相合成法得到氮摻雜氧化鈦光催化劑；所述的堿金屬鈦酸鹽具有層狀結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮摻雜氧化鈦光催化劑的制備方法，其特征在于，所述的堿金屬鈦酸鹽為纖鐵礦層狀結(jié)構(gòu)的堿金屬鈦酸鹽Ka8Tiu3Lia27Op纖鐵礦層狀結(jié)構(gòu)的堿金屬鈦酸鹽Csa7Tiu25O4或者層狀結(jié)構(gòu)的堿金屬鈦酸鹽K2Ti409。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氮摻雜氧化鈦光催化劑的制備方法，其特征在于，所述的堿金屬鈦酸鹽為纖鐵礦層狀結(jié)構(gòu)的堿金屬鈦酸鹽Ka8Tiu3Lia27CV
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮摻雜氧化鈦光催化劑的制備方法，其特征在于，所述的氯化銨與堿金屬鈦酸鹽的質(zhì)量比為0. 1 10 1。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氮摻雜氧化鈦光催化劑的制備方法，其特征在于，所述的氯化銨與堿金屬鈦酸鹽的質(zhì)量比為0.2 2 1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 5任一項(xiàng)所述的氮摻雜氧化鈦光催化劑的制備方法，其特征在于， 所述的固相合成法包括以下步驟將堿金屬鈦酸鹽充分研磨0. 5h 1. 5h磨細(xì)后加入氯化銨，混合后再次研磨0. Ih lh，然后經(jīng)過熱處理，水洗、烘干得到氮摻雜氧化鈦光催化劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的氮摻雜氧化鈦光催化劑的制備方法，其特征在于，所述的熱處理為在400°C 600°C煅燒處理Ih 3h。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的氮摻雜氧化鈦光催化劑的制備方法，其特征在于，烘干條件 在60°C 80°C放置18h 30h進(jìn)行烘干。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的氮摻雜氧化鈦光催化劑的制備方法，其特征在于，所述的固相合成法包括以下步驟將堿金屬鈦酸鹽充分研磨Ih磨細(xì)后加入氯化銨，混合后再次研磨 0.證，然后在50(TC煅燒處理池，水洗、在70°C下放置24h進(jìn)行烘干得到氮摻雜氧化鈦光催化劑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氮摻雜氧化鈦光催化劑的制備方法，堿金屬鈦酸鹽與氯化銨通過固相合成法得到氮摻雜氧化鈦光催化劑；所述的堿金屬鈦酸鹽具有層狀結(jié)構(gòu)。以氯化銨為氮源，通過氮原子部分替換氧化鈦中的晶格氧窄化帶隙，擴(kuò)展其吸收光譜至可見光區(qū)域。制備的氮摻雜氧化鈦光催化劑可應(yīng)用于光解水制氫、太陽能電池和光催化去污等領(lǐng)域，具有良好的應(yīng)用前景。本發(fā)明方法合成工藝簡單，易控制，可操作性強(qiáng)，生產(chǎn)成本較低，易于工業(yè)化生產(chǎn)，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號B01J27/24GK102513140SQ201110381670
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月25日
發(fā)明者傅杰, 常彬彬, 田燕龍, 董曉平 申請人:浙江理工大學(xué)