CN101254469A - 共掺杂纳米管光催化材料的制备方法 - Google Patents

共掺杂纳米管光催化材料的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101254469A
CN101254469A CNA2008100606105A CN200810060610A CN101254469A CN 101254469 A CN101254469 A CN 101254469A CN A2008100606105 A CNA2008100606105 A CN A2008100606105A CN 200810060610 A CN200810060610 A CN 200810060610A CN 101254469 A CN101254469 A CN 101254469A
Authority
CN
China
Prior art keywords
nanotube
solution
acid
under
hours
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CNA2008100606105A
Other languages
English (en)
Inventor
殷好勇
聂秋林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hangzhou Dianzi University
Hangzhou Electronic Science and Technology University
Original Assignee
Hangzhou Electronic Science and Technology University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hangzhou Electronic Science and Technology University filed Critical Hangzhou Electronic Science and Technology University
Priority to CNA2008100606105A priority Critical patent/CN101254469A/zh
Publication of CN101254469A publication Critical patent/CN101254469A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Landscapes

  • Catalysts (AREA)

Abstract

本发明涉及一种具有可见光响应的二元协同效应光解水催化剂纳米管的制备方法。本发明具体步骤：将化合物钛酸四丁酯或TiCl4、无水乙醇、酸充分混和制成溶液，将FeCl3、Fe(NO3)3、Eu(NO3)3或Ce(NO3)3和去离子水、酸、无水乙醇充分混和制成溶液，将两种溶液混合制成溶胶；将溶胶干燥后焙烧得到粉末；将粉末加入到NaOH溶液中，然后放入密闭的反应釜中调控温度，中和洗涤后制得单一掺杂的纳米管；将单一掺杂的纳米管在通入含氮气体条件下焙烧，制得共掺杂纳米管光催化材料。本发明方法制备的共掺杂纳米管光催化材料相对于传统的光催化材料具有比表面积大、可见光响应强、光催化反应效率高等特点。

Description

共掺杂纳米管光催化材料的制备方法
技术领域
本发明属于半导体光催化技术领域，尤其是可见光催化分解水制氢的技术领域，具体涉及的是具有可见光响应的二元协同效应光解水催化剂纳米管的制备方法。
技术背景
由于能源危机(煤、石油等天然能源将面临枯竭的危险)以及环境问题(化石能源燃烧引起的环境污染和温室效应)促使人们不得不寻找更加洁净并且可再生的新型能源来替代面临枯竭的化石能源。作为二次能源，氢能具有燃烧值高、储量丰富、无污染等特点无疑是最有希望的新一代能源。如何利用可再生资源制氢则应该是最需要解决的问题。利用永不枯竭的太阳能来光催化分解水制氢就是其中一种最有前途的方法。光解水制氢的机理是：以TiO2为例，它的禁带宽度为312eV，在波长小于370nm的光照下，TiO2的价带电子被激发到导带上，产生高活性的电子-空穴对。光致空穴具有很强的氧化性，可以把水中的低价的O氧化为O2。光致电子具有很强的还原性，可以把水中的氢离子还原为H2。但是目前为止人们开发和研制的光催化材料大多对太阳光的利用效率不高，大部分只是在紫外光区稳定有效，而在太阳光谱中紫外光能(400nm以下)不足5％，而波长为400～750nm的可见光能量却占太阳能的43％左右。因此，研制和开发高效、稳定、低成本的可见光催化剂是半导体光催化分解水制氢技术发展的关键。
对于半导体催化剂来说，TiO2由于其无毒、稳定性好和储量丰富等特点仍然是目前最为理想的原料。为了提高半导体光催化剂对可见光的利用效率，人们研究了各种不同的方法来改变半导体催化剂的性能，例如金属离子掺杂、贵金属修饰、半导体复合以及染料敏化等。然而由于对TiO2改性后仍然存在低可见光活性和可重复性差等缺点，目前也没有广泛应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备具有管状结构的二元协同效应可见光催化材料的方法。
本发明中的共掺杂纳米管光催化材料为Ti1-7.5yFeyO2-xNx纳米管、Ti1-7.5yCeyO2-xNx纳米管或Ti1-7.5yEuyO2-xNx纳米管。
本发明的制备方法是采用溶胶-凝胶法和水热法相结合的方法分两步来制备纳米管。首先以TiCl4或钛酸四丁酯为原料，在水解过程中加入金属盐溶液(如FeCl3等)，通过控制溶液的pH值来制备掺杂金属Fe、Ce或Eu的TiO2粉末，然后把粉末在NaOH强碱溶液中水热处理，再进行洗涤、酸化等程序，最后在NH3条件下处理即可制得Ti1-7.5yFeyO2-xNx纳米管、Ti1-7.5yCeyO2-xNx纳米管或Ti1-7.5yEuyO2-xNx纳米管，其中x为氮元素在纳米管材料分子中的摩尔数，y为金属元素在纳米管材料分子中的摩尔数。
该制备方法具体包括以下步骤：
(1)将化合物A和无水乙醇、酸充分混和制成A溶液；将化合物B和去离子水、酸、无水乙醇充分混和制成B溶液；在剧烈搅拌的情况下将B溶液缓慢滴加到A溶液中制成溶胶。
(2)将溶胶在30℃～80℃的条件下干燥成凝胶，然后在100℃～120℃的条件下继续进行干燥5～10小时，最后在400℃～500℃焙烧得到粉末。
(3)将粉末加入到8～12M的NaOH溶液中，然后放入密闭的反应釜中调控温度使其保持在80～120℃，保温8～24小时，中和洗涤后制得单一掺杂的纳米管。
(4)将单一掺杂的纳米管在400℃～500℃条件下焙烧3～5小时，同时通入含氮气体，制得共掺杂纳米管光催化材料。
所述的化合物A为钛酸四丁酯和TiCl4中的一种。
所述的化合物B为FeCl3、Fe(NO3)3、Eu(NO3)3、Ce(NO3)3中的一种。
所述的酸为盐酸、硝酸、冰醋酸中的一种。
所述的含氮气体为氮气、氨气中的一种。
本发明方法可以制得具有二元协同效应的共掺杂纳米管光催化材料。该方法制备的共掺杂纳米管光催化材料相对于传统的光催化材料具有比表面积大、可见光响应强、光催化反应效率高等特点。
具体实施方式
实施例1：
1)在室温条件下在三口烧瓶中依次加入200ml无水乙醇、15ml冰醋酸、50ml钛酸四丁酯，充分搅拌制成钛酸四丁酯乙醇溶液。在另一个三口烧瓶中依次加入10ml去离子水、1g FeCl3、100ml无水乙醇、10ml冰醋酸，充分搅拌制成FeCl3混和溶液。在剧烈搅拌的情况下将FeCl3混和溶液缓慢的滴加到钛酸四丁酯乙醇溶液中制成Ti1-7.5yFeyO2溶胶。
2)先将Ti1-7.5yFeyO2溶胶在约50℃条件下干燥生成凝胶，然后在110℃条件下干燥6小时使之完全脱去水份和乙醇，研磨后500℃焙烧3小时即得Ti1-7.5yFeyO2粉末。
3)将Ti1-7.5yFeyO2粉末加入到10M的NaOH溶液中，然后放入密闭的反应釜中调控温度使其保持在80℃，保温24小时，中和洗涤后制得Ti1-7.5yFeyO2纳米管。
4)将Ti1-7.5yFeyO2纳米管在通入氨气的情况下400℃焙烧5小时可制得具有管状结构的二元协同效应可见光催化材料Ti1-7.5yFeyO2-xNx纳米管。
实施例2：
1)在室温条件下在三口烧瓶中依次加入200ml无水乙醇、15ml冰醋酸、50ml钛酸四丁酯，充分搅拌制成钛酸四丁酯乙醇溶液。在另一个三口烧瓶中依次加入10ml去离子水、2g Eu(NO3)3、100ml无水乙醇、10ml冰醋酸，充分搅拌制成Eu(NO3)3混和溶液。在剧烈搅拌的情况下将Eu(NO3)3混和溶液缓慢的滴加到钛酸四丁酯乙醇溶液中制成Ti1-7.5yEuyO2溶胶。
2)先将Ti1-7.5yEuyO2溶胶在约30℃条件下干燥生成凝胶，然后在100℃条件下干燥10小时使之完全脱去水份和乙醇，研磨后400℃焙烧5小时即得Ti1-7.5yEuyO2粉末。
3)将Ti1-7.5yEuyO2粉末加入到12M的NaOH溶液中，然后放入密闭的反应釜中调控温度使其保持在120℃，保温8小时，中和洗涤后制得Ti1-7.5yEuyO2纳米管。
4)将Ti1-7.5yEuyO2纳米管在通入氨气的情况下500℃焙烧3小时可制得具有管状结构的二元协同效应可见光催化材料Ti1-7.5yEuyO2-xNx纳米管。
实施例3：
1)在室温条件下在三口烧瓶中依次加入200ml无水乙醇、2ml盐酸、50mlTiCl4，充分搅拌制成四氯化钛乙醇溶液。在另一个三口烧瓶中依次加入10ml去离子水、2g Ce(NO3)3、100ml无水乙醇、2ml盐酸，充分搅拌制成Ce(NO3)3混和溶液。在剧烈搅拌的情况下将Ce(NO3)3混和溶液缓慢的滴加到四氯化钛乙醇溶液中制成Ti1-7.5yCeyO2溶胶。
2)先将Ti1-7.5yCeyO2溶胶在约80℃条件下干燥生成凝胶，然后在120℃条件下干燥5小时使之完全脱去水份和乙醇，研磨后420℃焙烧4.5小时即得Ti1-7.5yCeyO2粉末。
3)将Ti1-7.5yCeyO2粉末加入到8M的NaOH溶液中，然后放入密闭的反应釜中调控温度使其保持在90℃，保温20小时，中和洗涤后制得Ti1-7.5yCeyO2纳米管。
4)将Ti1-7.5yCeyO2纳米管在通入氮气的情况下420℃焙烧4.5小时可制得具有管状结构的二元协同效应可见光催化材料Ti1-7.5yCeyO2-xNx纳米管。
实施例4：
1)在室温条件下在三口烧瓶中依次加入200ml无水乙醇、2ml硝酸溶液、50ml钛酸四丁酯，充分搅拌制成钛酸四丁酯乙醇溶液。在另一个三口烧瓶中依次加入10ml去离子水、1gFe(NO3)3、100ml无水乙醇、1ml硝酸溶液，充分搅拌制成Fe Fe(NO3)3混和溶液。在剧烈搅拌的情况下将Fe(NO3)3混和溶液缓慢的滴加到钛酸四丁酯乙醇溶液中制成Ti1-7.5yFeyO2溶胶。
2)先将Ti1-7.5yFeyO2溶胶在约40℃条件下干燥生成凝胶，然后在110℃条件下干燥7小时使之完全脱去水份和乙醇，研磨后430℃焙烧4小时即得Ti1-7.5yFeyO2粉末。
3)将Ti1-7.5yFeyO2粉末加入到9M的NaOH溶液中，然后放入密闭的反应釜中调控温度使其保持在110℃，保温12小时，中和洗涤后制得Ti1-7.5yFeyO2纳米管。
4)将Ti1-7.5yFeyO2纳米管在通入氮气的情况下450℃处理3.5小时可制得具有管状结构的二元协同效应可见光催化材料Ti1-7.5yFeyO2-xNx纳米管。
实施例5：
1)在室温条件下在三口烧瓶中依次加入200ml无水乙醇、2ml硝酸、50ml钛酸四丁酯，充分搅拌制成钛酸四丁酯乙醇溶液。在另一个三口烧瓶中依次加入10ml去离子水、2g Fe(NO3)3、100ml无水乙醇、1ml冰醋酸，充分搅拌制成Fe(NO3)3混和溶液。在剧烈搅拌的情况下将Fe(NO3)3混和溶液缓慢的滴加到钛酸四丁酯乙醇溶液中制成Ti1-7.5yFeyO2溶胶。
2)先将Ti1-7.5yFeyO2溶胶在约60℃条件下干燥生成凝胶，然后在120℃条件下干燥6小时使之完全脱去水份和乙醇，研磨后450℃焙烧3.5小时即得Ti1-7.5yFeyO2粉末。
3)将Ti1-7.5yFeyO2粉末加入到11M的NaOH溶液中，然后放入密闭的反应釜中调控温度使其保持在100℃，保温16小时，中和洗涤后制得Ti1-7.5yFeyO2纳米管。
4)将Ti1-7.5yFeyO2纳米管在通入氨气的情况下430℃处理4小时可制得具有管状结构的二元协同效应可见光催化材料Ti1-7.5yFeyO2-xNx纳米管。

Claims (1)

1、共掺杂纳米管光催化材料的制备方法，所述的共掺杂纳米管光催化材料为Ti1-7.5yFeyO2-xNx纳米管、Ti1-7.5yCeyO2-xNx纳米管或Ti1-7.5yEuyO2-xNx纳米管，其中x为氮元素在纳米管材料分子中的摩尔数，y为金属元素在纳米管材料分子中的摩尔数，其特征在于该制备方法具体包括以下步骤：
(1)将化合物A和无水乙醇、酸充分混和制成A溶液；将化合物B和去离子水、酸、无水乙醇充分混和制成B溶液；在剧烈搅拌的情况下将B溶液缓慢滴加到A溶液中制成溶胶；
(2)将溶胶在30℃～80℃的条件下干燥成凝胶，然后在100℃～120℃的条件下继续进行干燥5～10小时，最后在400℃～500℃焙烧得到粉末；
(3)将粉末加入到8～12M的NaOH溶液中，然后放入密闭的反应釜中调控温度使其保持在80～120℃，保温8～24小时，中和洗涤后制得单一掺杂的纳米管；
(4)将单一掺杂的纳米管在400℃～500℃条件下焙烧3～5小时，同时通入含氮气体，制得共掺杂纳米管光催化材料；
所述的化合物A为钛酸四丁酯和TiCl4中的一种；
所述的化合物B为FeCl3、Fe(NO3)3、Eu(NO3)3、Ce(NO3)3中的一种；
所述的酸为盐酸、硝酸、冰醋酸中的一种；
所述的含氮气体为氮气、氨气中的一种。
CNA2008100606105A 2008-04-10 2008-04-10 共掺杂纳米管光催化材料的制备方法 Pending CN101254469A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNA2008100606105A CN101254469A (zh) 2008-04-10 2008-04-10 共掺杂纳米管光催化材料的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNA2008100606105A CN101254469A (zh) 2008-04-10 2008-04-10 共掺杂纳米管光催化材料的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN101254469A true CN101254469A (zh) 2008-09-03

Family

ID=39889775

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNA2008100606105A Pending CN101254469A (zh) 2008-04-10 2008-04-10 共掺杂纳米管光催化材料的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101254469A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107633951A (zh) * 2017-09-26 2018-01-26 哈尔滨工业大学 一种利用四氯化钛水解制备同质阻挡层/骨架结构的方法及其应用
CN107803202A (zh) * 2017-11-14 2018-03-16 江苏师范大学 一种Cs/Ti‑Fe复合光催化剂的制备方法
CN110218576A (zh) * 2019-05-28 2019-09-10 天津科技大学 一种柴油高效选择性催化氧化脱硫的方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107633951A (zh) * 2017-09-26 2018-01-26 哈尔滨工业大学 一种利用四氯化钛水解制备同质阻挡层/骨架结构的方法及其应用
CN107633951B (zh) * 2017-09-26 2019-02-19 哈尔滨工业大学 一种利用四氯化钛水解制备同质阻挡层/骨架结构的方法及其应用
CN107803202A (zh) * 2017-11-14 2018-03-16 江苏师范大学 一种Cs/Ti‑Fe复合光催化剂的制备方法
CN107803202B (zh) * 2017-11-14 2021-01-19 江苏师范大学 一种Cs/Ti-Fe复合光催化剂的制备方法
CN110218576A (zh) * 2019-05-28 2019-09-10 天津科技大学 一种柴油高效选择性催化氧化脱硫的方法
CN110218576B (zh) * 2019-05-28 2021-06-25 天津科技大学 一种柴油高效选择性催化氧化脱硫的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100375650C (zh) 低温法制备碳掺杂介孔二氧化钛可见光光催化剂
CN103071513A (zh) 一种产氢光催化剂MoS2/ZnIn2S4及其制备方法
CN103084196B (zh) 钽基分级结构空心纳米光催化材料制备方法及其应用
CN109939643A (zh) α-Fe2O3掺杂生物炭的制备方法及其应用
CN101347724A (zh) 一种碳60/二氧化钛纳米复合光催化剂及其制备方法和用途
CN101791562B (zh) 铁、氟共掺杂的纳米二氧化钛可见光光催化剂的制备方法
CN103601253B (zh) 一种圆片状α-Fe2O3 光催化剂及其制备方法和应用
CN109772421B (zh) 一种提高可见光活性的C、N共掺杂TiO2光催化剂及其制备方法
CN115007182A (zh) 一种钾氧共掺杂石墨相氮化碳光催化剂的制备方法
CN114570352B (zh) 一种W18O49/ZnTiO3固氮光催化剂及其制备方法和应用
CN111701583A (zh) 一种超薄六边形BiO2-x片晶光催化剂及其制备方法
CN103611527B (zh) 一种可见光响应Ce掺杂Bi2WO6微晶及其制备方法和应用
CN114950402A (zh) TiO2/CeO2异质结光催化剂及其制备方法
CN101254469A (zh) 共掺杂纳米管光催化材料的制备方法
CN114054013A (zh) 一种用于CO2光催化还原的CeO2-TiO2复合气凝胶的制备方法
CN106732587B (zh) 一种高产氢性能原子态Ag修饰的ZnO多晶纳米带组装结构的制备方法
CN101259423B (zh) 多元共协同效应光催化材料复合纳米管的制备方法
CN104801318A (zh) 一种光催化剂、制备方法及其在制取氢气中的应用
CN111939937A (zh) 一种锡酸锌/硫化铟带刺纳米花压电/光催化剂及其制备方法
CN104250021A (zh) 一种钒酸银纳米线的制备方法
CN103521205A (zh) 一种制备高光催化活性核壳结构TiO2材料的方法
CN112619669B (zh) 一种镍离子掺杂的氧化锌/硫化镉高性能分解水产氢光催化剂及制备方法
CN103864594A (zh) 一种C/TiO2光催化还原二氧化碳的方法
CN115999614A (zh) 一种紫外-可见-近红外光响应的二氧化碳还原光催化剂
CN106694001B (zh) 一种光催化析氢复合材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C12 Rejection of a patent application after its publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Open date: 20080903