專利名稱：一種氮摻雜納米結(jié)構(gòu)二氧化鈦的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于二氧化鈦光催化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種通過化合物氮化鈦制備氮摻雜納米結(jié)構(gòu)二氧化鈦的新方法。
背景技術(shù)：
從1972年發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體二氧化鈦在紫外光照射下將水分解成氫和氧氣以來，二氧化鈦在材料領(lǐng)域受到了非常廣泛的重視。TiO2可用于光催化降解有機物、殺菌消毒、污水處理、空氣凈化等多個方面，目前，納米TiO2的制備方法研究已成為光催化新材料開發(fā)的一個非?；钴S的課題。由于TiO2的禁帶寬度大(3.2eV銳態(tài)礦型，3.0eV金紅石型)，對可見光的吸收差，極大的限制了其應(yīng)用范圍，通常采用摻雜金屬或非金屬的方式增加其可見光活性，目前報道的有非金屬如C，N，S等元素的摻雜以及Fe，Cr，Sb和稀土元素多種金屬元素的摻雜等。已經(jīng)報道的氮摻雜納米TiO2薄膜的制備方法有多種，例如離子注入方法，在前驅(qū)體中引入NH3，或在NH3氣氛中熱處理TiO2薄膜都可以得到氮摻雜納米TiO2薄膜。但這些方法存在一些缺點，如NH3的毒性問題。本發(fā)明提出一種新的方法，通過化合物TiN制備氮摻雜的納米結(jié)構(gòu)TiO2，方法簡單，避免了使用有毒的NH3。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種工藝簡單、不用NH3的制備氮摻雜納米結(jié)構(gòu)二氧化鈦的方法。
本發(fā)明提出的制備氮摻雜納米結(jié)構(gòu)二氧化鈦的方法，是以氮化鈦粉末為原料，進(jìn)行熱氧化處理，控制溫度為450℃～600℃，氧化時間為1-21小時，氮化鈦的顏色發(fā)生變化，形成具有金紅石型納米結(jié)構(gòu)的二氧化鈦(TiO2)。
本發(fā)明中，熱氧化可采用馬福爐，或者熱重分析儀等。
本發(fā)明中，原料氮化鈦粉末可以微米或納米級粉末。
實驗表明，由本發(fā)明方法制備的氮摻雜二氧化鈦具有金紅石晶型和典型的n型半導(dǎo)體的特征。
1.在白光照射下，以本方法制備的摻雜TiO2表現(xiàn)出明顯的光電壓，如圖1所示，圖1是氮化鈦熱處理后得到TiO2電極的光電壓曲線。結(jié)果表明，制備的氮摻雜TiO2具有典型的n型半導(dǎo)體的特征，可在光催化、太陽能電池、光分解水制氫等方面得到應(yīng)用。
2.以升溫速率10℃/min在空氣氣氛中對TiN材料進(jìn)行熱重分析，得到的熱重曲線如圖2所示。從圖中可以看出，隨著溫度的升高，TiN被氧化，表現(xiàn)出一個持續(xù)增重的過程，這是逐漸生成氮摻雜的TiNXOY的過程。在600℃后，重量迅速增加，表明TiN被氧化的速率迅速增大。
3.由本方法制備氮摻雜TiO2材料的XRD測試表明，600℃熱處理氧化1小時后即有金紅石晶型結(jié)構(gòu)的TiO2生成。圖3是600℃熱氧化氮化鈦不同時間(a)0小時；(b)3小時；(c)9小時制備的納米結(jié)構(gòu)TiO2的XRD譜。從圖中可以看出，隨氧化時間的增加，金紅石晶型結(jié)構(gòu)的TiO2的衍射峰逐漸增加，表明TiO2的結(jié)晶趨于完整。
4.對所制備的氮摻雜TiO2的SEM測試表明，具備疏松的納米結(jié)構(gòu)(圖4)，其大的表面積為提高光電活性及光催化活性奠定了基礎(chǔ)。


圖1以本發(fā)明制備的納米結(jié)構(gòu)TiO2電極的光電壓曲線。
圖2在空氣氣氛下加熱氧化TiN過程的TG曲線，表明了不同溫度下重量增加情況。
圖3空氣氣氛下600℃熱氧化氮化鈦不同時間((a)0小時；(b)3小時；(c)9小時)制備的納米TiO2的XRD譜。O表示TiN，R表示金紅石結(jié)構(gòu)的TiO2。
圖4氮化鈦熱氧化前(A)，以及600℃熱氧化3小時(B)，9小時(C)制備的納米結(jié)構(gòu)TiO2的SEM圖。
圖5空氣氣氛下450℃熱氧化氮化鈦21小時制備的氮摻雜納米TiO2的XRD譜。O表示TiN，R表示金紅石結(jié)構(gòu)的TiO2，A表示銳鈦礦結(jié)構(gòu)的TiO2。
具體實施例方式
實施例1將氮化鈦(TiN)粉體置于馬福爐中，在600℃的空氣的氣氛下加熱處理3小時，TiN的顏色發(fā)生改變，由氮化鈦粉體的暗黃色變?yōu)樯罨疑?，XRD測試表明，部分TiN轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸺t石型的TiO2粉體。經(jīng)600℃熱處理3小時后的XRD譜為圖3(b)所示。
實施例2將氮化鈦(TiN)粉體置于馬福爐中，在500℃的空氣的氣氛下加熱處理9小時，TiN的顏色發(fā)生改變，由氮化鈦粉體的暗黃色變?yōu)闇\灰色SEM測試表明，經(jīng)過熱氧化后，由表面光滑的TiN粉體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槭杷啥嗫谞畹募{米結(jié)構(gòu)TiO2，圖4(C)，隨氧化時間的增加，疏松多孔狀更加明顯。
實施例3將氮化鈦粉體置于坩堝中，在空氣的氣氛下進(jìn)行熱重分析，得到氮摻雜納米TiO2。熱氧化過程的重量-溫度曲線如圖2所示。
實施例4將氮化鈦(TiN)粉體置于馬福爐中，在450℃的空氣的氣氛下加熱處理21小時，TiN的顏色發(fā)生變化，由氮化鈦粉體的暗黃色變?yōu)樯钭丶t色，XRD測試表明，有金紅石型的TiO2和銳態(tài)礦型的TiO2的特征峰出現(xiàn)，表明TiN部分地轉(zhuǎn)變?yōu)門iO2，見圖5所示。
權(quán)利要求
1.一種氮摻雜納米結(jié)構(gòu)二氧化鈦的制備方法，其特征在于以氮肥化鈦粉末為原料，進(jìn)行熱氧化處理，控制溫度為450℃～600℃，氧化時間為1-21小時，氮化鈦的顏色發(fā)生變化，形成具有金紅石型納米結(jié)構(gòu)的二氧化鈦。
全文摘要
本發(fā)明屬于二氧化鈦光催化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種制備氮摻雜納米結(jié)構(gòu)二氧化鈦的方法。該方法氮化鈦粉末為原料，進(jìn)行熱氧化處理，控制溫度為450℃～600℃，氧化時間為1－21小時，氮化鈦的顏色發(fā)生變化，形成具有金紅石型納米結(jié)構(gòu)的二氧化鈦。本發(fā)明方法工藝簡單，避免使用有毒的NH
文檔編號B01J21/00GK1974014SQ20061014725
公開日2007年6月6日 申請日期2006年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月14日
發(fā)明者崔曉莉, 章壯健, 江志裕 申請人:復(fù)旦大學(xué)