專利名稱：一種n摻雜的二氧化鈦微球的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及TiA微球的制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種N摻雜的TiA微球的制備方法。
背景技術(shù)：
TiO2是一種重要的無機材料，具有大的比表面積、高表面活性、熱導(dǎo)性好、光吸收性能好和分散性好等獨特的物理化學(xué)性能，廣泛應(yīng)用于光催化劑、太陽能電池、氣體傳感器等領(lǐng)域。TW2的禁帶寬度為3. 2eV (銳鈦礦型)，吸收波長小于388nm，吸收波段局限于紫外光區(qū)，這意味著TiO2只能利用少量的太陽光(3飛％)，而在太陽光中占大多數(shù)的可見光(約 45%)卻無法利用。為了拓展在可見光區(qū)的吸收，進(jìn)一步提高納米材料性能(參見Burda C, Lou Y, Chen X，et al J]. Nano letters, 2003，3 (8) 1049—1051.)，對其進(jìn)行離子摻雜是一種有效方法。如陰離子(如C、N、B、S、F、Cl)、陽離子(如Fe3+、Mo5+、Na+/Mg2+等)以及金屬(如Pt、Au、Cr、Ag、V)摻雜來提高其光催化活性的報道層出不窮。另外在光催化過程中納米級Ti02具有好的催化性能，但是在使用過程中具有容易失活、易團(tuán)聚和難回收等缺點，限制了其在降解水中污染物這方面的應(yīng)用。而微米級TiO2可以有效地避免這些缺點， 而且可以回收重復(fù)利用，有效地提高了其利用率。目前TiO2微球制備已經(jīng)成為納米科學(xué)的一個研究方向。目前，制備T^2球形顆粒的方法主要有溶膠-凝膠法、沉淀法、乳液法、以及溶劑熱法等。
國內(nèi)外研究者圍繞制備TiA球形顆粒展開了大量的研究，并取得了一定的成效。 Kim, Y. J.等(參見 Kim, Y. J, Advanced Materials, 2009. 21(36) p. 3668-3673.)采用溶劑熱法，用甲醇，乙腈作為溶劑制備了 TiO2微球。但該方法引入了人有毒的乙腈、甲醇。 此外，這種微球?qū)梢姽獾奈蘸苄?，需要進(jìn)行摻雜以擴展TiO2光響應(yīng)范圍。Yu，H. K.等 (參見 Yu, H. K Chemistry of Materials, 2008. 20(8): p. 2704-2710.)用 Tween 20 和 Pluronic P123作為表面活性劑制備了粒徑可以控制的微球，但原料成本比較貴，所以降低原料成本也是一個很大的問題。發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種N摻雜的T^2微球的溶劑熱制備方法，該方法在制備微球的時候同時進(jìn)行了 N摻雜，能較好地拓展T^2材料的吸收光譜和光散射性能，在光催化和光化學(xué)電池中有廣泛的應(yīng)用前景。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的將鹽酸與鈦酸四丁酯的混合液倒入尿素與乙醇和水的混合液中攪拌均勻，其中乙醇水尿素鹽酸鈦酸四丁酯的摩爾比為(111. 2^130) (0 78.8): (5 1): (5 1):1;將混合溶液轉(zhuǎn)移到壓力溶彈中于80 160°C保溫2 10小時，收集底部沉淀，將沉淀在300 500°C下煅燒2小時得到N摻雜二氧化鈦微球。
本發(fā)明提供的N摻雜的TiO2微球的溶劑熱制備方法，該方法能同時實現(xiàn)二氧化鈦微球的制備和氮摻雜，能較好地提升二氧化鈦材料的光散射和拓展其吸收光譜范圍。而且3該方法工藝簡單、成本低廉，穩(wěn)定性好，在光催化和染料敏化太陽能電池等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。


圖1為鹽酸和鈦酸丁酯的摩爾比為2 1時二氧化鈦微球的形貌。
圖2為鹽酸和鈦酸丁酯的摩爾比為2.6:1時二氧化鈦微球的形貌。
圖3為鹽酸和鈦酸丁酯的摩爾比為3.3:1時二氧化鈦微球的形貌。
圖4為鹽酸和鈦酸丁酯的摩爾比為4:1時二氧化鈦微球的形貌。
圖5為加入乙醇于水的摩爾比為111. 2:78. 8時二氧化鈦微球的形貌。
圖6為制備的N摻雜微球和Pm的紫外-可見吸收光譜比較。鹽酸和鈦酸丁酯的摩爾比為2. 6:1。
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
具體實施方式
實施例1鹽酸和鈦酸四丁酯的摩爾比分別為2:1時的TW2微球?qū)⒛柋葹?:1的鹽酸與鈦酸四丁酯的混合液倒入尿素與乙醇和水的混合液中攪拌 2-5小時。其中乙醇、水與尿素比例為130:0:1.7。將混合溶液轉(zhuǎn)移到壓力溶彈中在80 160°C保溫2 10小時。收集底部沉淀，在400°C煅燒2小時，獲得N摻雜二氧化鈦微球。 如圖1所示，當(dāng)Maia) :M(tbt)為2 1時，大部分成球，但是還有相當(dāng)一部分T^2粉末，并且微球的分散性也比較差。
實施例2鹽酸和鈦酸四丁酯的摩爾比分別為2. 6:1時的TW2微球?qū)⒛柋葹?.6:1的鹽酸與鈦酸四丁酯的混合液倒入尿素與乙醇和水的混合液中攪拌2-5小時。其中乙醇、水與尿素比例為130:0:1.7。將混合溶液轉(zhuǎn)移到壓力溶彈中在 80 160°C保溫2 10小時。收集底部沉淀，在400°C煅燒2小時，獲得N摻雜二氧化鈦微球。當(dāng)Μ(Ηα):Μ(ΤΒΤ)為2.6:1時(圖2)得到分散性好的微球，但是仍有一部分TiO2粉末。用紫外可見吸收光譜對比觀察氮摻雜TW2微球和Ρ25 二氧化鈦粉的光譜響應(yīng)變化(如圖6所示)，發(fā)現(xiàn)氮摻雜的微球不論在紫外光區(qū)(250 400nm)還是可見光區(qū)(400 650nm)的吸收強度都超過了 P25。
實施例3鹽酸和鈦酸四丁酯的摩爾比分別為3. 3:1時的TW2微球?qū)⒛柋葹?. 3:1的鹽酸與鈦酸四丁酯的混合液倒入尿素與乙醇和水的混合液中攪拌2-5小時。其中乙醇、水與尿素比例為130:0:1. 7。將混合溶液轉(zhuǎn)移到壓力溶彈中在80 160°C保溫2 10小時。收集底部沉淀，在400°C煅燒2小時，獲得N摻雜二氧化鈦微球。 如圖3所示當(dāng)M_ :M_為3. 3:1時基本都成球，同時粒徑相比較減小了，分散性和均一性也得到了改善。
實施例4鹽酸和鈦酸四丁酯的摩爾比分別為4:1時的TW2微球?qū)⒛柋葹?:1的鹽酸與鈦酸四丁酯的混合液倒入尿素與乙醇和水的混合液中攪拌 2-5小時。其中乙醇、水與尿素比例為130:0:1.7。將混合溶液轉(zhuǎn)移到壓力溶彈中在80 160°C保溫2 10小時。收集底部沉淀，在400°C煅燒2小時，獲得N摻雜二氧化鈦微球。 如圖4所示當(dāng)Mto) :M_增加到4:1時，雖然都成球，但是微球之間的融合變多，因而分散性變差。
實施例5乙醇于水的摩爾比為111. 2:78. 8時的TW2微球?qū)⒛柋葹?.6:1的鹽酸與鈦酸四丁酯的混合液倒入尿素與乙醇和水的混合液中攪拌2-5小時，其中乙醇、水與尿素的摩爾比為111. 2:78.8:1. 7。將混合溶液轉(zhuǎn)移到壓力溶彈中在80 160°C保溫2 10小時。收集底部沉淀，在400°C煅燒2小時，獲得N摻雜二氧化鈦微球。如圖5所示，微球粒徑尺寸變小且表面變得粗糙。
權(quán)利要求
1.一種N摻雜的二氧化鈦微球的制備方法，其特征在于將鹽酸與鈦酸四丁酯的混合液倒入尿素與乙醇和水的混合液中攪拌得到混合溶液，將混合溶液轉(zhuǎn)移到壓力溶彈中在 80 160°C保溫2 10小時，收集底部沉淀，將沉淀煅燒后得到N摻雜二氧化鈦微球。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的N摻雜的二氧化鈦微球的制備方法，其特征在于乙醇水 尿素鹽酸鈦酸四丁酯的摩爾比為(111. 2 130) ((Γ78.8): (5 1) (5 1):1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的N摻雜的二氧化鈦微球的制備方法，其特征在于所述的將沉淀煅燒是指在300 500°C下煅燒2小時。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種N摻雜的二氧化鈦微球的制備方法，以尿素作為氮源，鹽酸為鈦酸丁酯(TBT)的保護(hù)劑，采用溶劑熱法(乙醇和水的混合液為溶劑)合成了氮摻雜TiO2微球。該方法不僅能制備形貌很好的TiO2微球，而且利用尿素中的氮元素進(jìn)行了氮摻雜，從而顯著地提高了TiO2微球?qū)梢姽獾奈?。該方法同時實現(xiàn)了微球的制備和N摻雜，制備工藝簡單，成本低廉，且適用范圍廣。能夠用于催化，染料太陽能電池等領(lǐng)域。
文檔編號B01J13/02GK102513043SQ20111039551
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月3日
發(fā)明者侯爽, 周生剛, 孫小華, 李修能, 羅志猛 申請人:三峽大學(xué)