CN1583250A - 掺氮二氧化钛光催化剂的制备方法 - Google Patents
掺氮二氧化钛光催化剂的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1583250A CN1583250A CN 200410024886 CN200410024886A CN1583250A CN 1583250 A CN1583250 A CN 1583250A CN 200410024886 CN200410024886 CN 200410024886 CN 200410024886 A CN200410024886 A CN 200410024886A CN 1583250 A CN1583250 A CN 1583250A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- titanium dioxide
- preparation
- nitrating
- urea
- solid phase
- 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.)
- Granted
Links
Landscapes
- Catalysts (AREA)
Abstract
一种掺氮二氧化钛光催化剂的制备方法，用于半导体光催化技术领域。本发明采用固相反应法将氮元素取代二氧化钛中部分氧元素，用尿素作为氮源，尿素和二氧化钛粉体或其前驱体发生反应，生成氮掺杂的二氧化钛光催化剂。本发明用尿素作为氮源，工艺简单，操作安全。通过氮掺杂降低了二氧化钛光催化剂的禁带宽度，具有对可见光的吸收能力，光催化活性得到了提高，能有效地降解污染物和光解水制氢。
Description
技术领域
本发明涉及一种光催化剂的制备方法，特别是一种掺氮二氧化钛光催化剂的制备方法。用于半导体光催化技术领域。
背景技术
光催化是一种新兴的环境净化和能源转换技术。光催化剂可有效地氧化或还原吸附在其表面上的有害气体分子，杀灭细菌，抑制病毒，能将有害有机物、细菌等转化为水和二氧化碳等无害物质，且没有任何二次污染；同时，利用光催化技术可以进行光解水制氢，将太阳能直接转换为氢能。
作为实用光催化剂的典型代表是二氧化钛。二氧化钛具有可以吸收400nm或以下波长的紫外线，并形成自由电子和电子空穴。因此，一旦产生的自由电子和空穴到达粒子的表面，与氧或水等化合产生·OH等各种游离基，氧化分解表面上被吸附的物质。这是光催化用于环境净化的基本原理。光催化剂也可用于光解水制氢，这是因为光激发所形成的自由电子和空穴具有极强的还原和氧化能力，可将水直接分解成氢气和氧气。因此，随着光催化技术的发展，有望利用太阳光，直接从各种水中获得最为清洁的能源——氢能，解决今后的全球能源和环境问题。
光催化技术的广泛和有效利用，取决于光催化反应的效率。改善光催化剂性能是提高光催化效率的关键。可以通过以下几个途径提高光催化剂的活性。(1)光催化材料纳米化和提高比表面积；(2)提高结晶度，降低晶格缺陷；(3)调变禁带结构，提高对可见光的吸收和利用。在以上方法中，途径(3)显得技术空间最大和应用前景最为广泛，因此近几年来倍受人们重视和研究。
经文献检索发现，中国发明专利申请号为03140525.8，名称为：含氮的二氧化钛光催化薄膜及其制备方法，该专利公开了一种在O2/N2反应气体中，采用磁控溅射方法制备含氮的二氧化钛光催化薄膜。磁控溅射方法装置规模大、价格高，同时不适合纳米粉体材料的制备及掺杂改性。利用NH3同TiO2反应也可合成掺氮的二氧化钛光催化剂，但NH3危险性和污染性大。因此，以上方法不便实现大规模工业生产。
发明内容
本发明目的在于克服以上技术问题的不足，提出了一种掺氮二氧化钛光催化剂的制备方法。该方法是采用固相反应法将氮元素取代二氧化钛中部分氧元素，从而降低了半导体光催化剂的禁带宽度，使得光催化剂具有对可见光的吸收能力，提高了降解污染物和光解水制氢的效率。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明采用固相反应法将氮元素取代二氧化钛中部分氧元素，用尿素作为氮源，尿素和二氧化钛粉体或其前驱体发生反应，生成氮掺杂的二氧化钛光催化剂。固相反应可以在空气中或在适当的氮气保护下进行。经固相反应后氮元素在二氧化钛粉体光催化剂中的摩尔百分比可达到0.05％-5.0％。
固相反应的参数：烧成温度为300℃-650℃ ，固相反应时间为0.5-10小时。当烧成温度低于300℃时，固相反应难以进行；当烧成温度高于650℃时，TiO2将转换为金红石晶型，光催化活性下降。
本发明采用的尿素和二氧化钛粉体或其前驱体的摩尔比例应在0.1∶1.0以上，以0.3∶1.0-3.0∶1.0为佳。所得的粉末随尿素含量的不同颜色呈现从淡黄色至桔黄色。
本发明所用的二氧化钛粉体，可以是市售产品，也可以是自制粉体。二氧化钛粉体及其前驱体可以四氯化钛、钛酸四丁酯、钛酸异丙酯等为原料，采用气相法、水解法、水热法、溶胶-凝胶法等制备而得。二氧化钛粉体为无定形、锐钛矿或锐钛矿与金红石的混晶，并且其比表面积大于50m2/g，这样才能有效形成一种具有锐钛矿或以锐钛矿为主要晶相的掺氮的二氧化钛(TiO2-xNx)，并具有较高的光催化活性。
太阳所释放的能量一年中达地球表面的总量是5.5×1026J，为现在全人类一年所消费能源总和的一万倍。太阳能的低密度极其不稳定性限制了它的应用，特别是将其转换为电能的直接利用。水和阳光可称是取之不尽的物质。从水中获得的氢，作为能源使用后又回到了水的形态，是一种完全的可持续开发和利用。利用光催化技术能将太阳能直接转换为化学能-氢能。光解水能否实用化最终将取决于能量转化效率。迄今为止人们所发现和研制的能用于光解水的光催化剂中大多数仅能吸收其波长小于400nm的紫外线。而紫外线在太阳光中只占3％左右。所以，本发明所提供的光催化剂能吸收可见光，能极大地利用太阳光，实现高效光解水制氢，对解决未来的能源和环境问题具有积极的意义。
另外，在环境净化方面，本发明所提供的能吸收可见光的光催化剂可广泛用于各种建筑物的室内外墙体等表面，能利用自然光有效地净化大气中的污染物，提高环境质量，将带来极大的社会效益和经济效益。
具体实施例
结合本发明方法的内容提供以下实施例：
实施例1
分别称取二氧化钛粉体(ST-01光催化用二氧化钛粉体)和尿素(H2NCONH2)各1.5克和4.5克，用玛瑙碾钵碾磨混合10分钟后，装入陶瓷坩埚，在350℃下煅烧120分钟后，缓慢冷却至室温即得所需物质。所得的粉末为淡黄色，表明二氧化钛因氮的掺入导致了对可见光的吸收。经紫外-可见分光光度计的漫反射光谱测定，其吸收边由原来的390nm扩展到470nm。
实施例2
量取四氯化钛溶液(分析纯)100ml，在磁力搅拌作用下缓慢滴入500ml蒸馏水中。继续搅拌1小时后，缓慢加入氨水50ml，形成白色絮凝状的钛的水合物。接着用离心分离器分离后所得的白色絮凝物经80℃干燥2小时，得二氧化钛的前驱体Ti(OH)4。
分别称取以上所得的产物和尿素各3.0克和0.16克(摩尔比1.0∶0.1)，用玛瑙碾钵碾磨混合10分钟后，分别装入陶瓷坩埚，用电炉在300℃下煅烧180分钟后，缓慢冷却至室温。经紫外-可见分光光度计的漫反射光谱测定，在390nm～500nm的可见光范围内产生一定的光吸收。
实施例3
量取四氯化钛溶液(分析纯)100ml，在磁力搅拌作用下缓慢滴入500ml蒸馏水中。继续搅拌1小时后，缓慢加入氨水50ml，形成白色絮凝状的钛的水合物。接着用离心分离器分离后所得的白色絮凝物经80℃干燥2小时，得二氧化钛的前驱体Ti(OH)4。
分别称取以上所得的产物和尿素各3.0克和4.8克(摩尔比1.0∶3.0)，用玛瑙碾钵碾磨混合10分钟后，分别装入陶瓷坩埚，用电炉在650℃下煅烧60分钟后，缓慢冷却至室温。经紫外-可见分光光度计的漫反射光谱测定，其吸收边由扩展到600nm左右。
实施例4
量取四氯化钛溶液(分析纯)100ml，在磁力搅拌作用下缓慢滴入500ml蒸馏水中。继续搅拌1小时后，缓慢加入氨水50ml，形成白色絮凝状的钛的水合物。接着用离心分离器分离后所得的白色絮凝物经80℃干燥2小时，得二氧化钛的前驱体Ti(OH)4。
分别称取以上所得的产物和尿素各3.0克和4.8克(摩尔比1.0∶1.0)，用玛瑙碾钵碾磨混合10分钟后，分别装入陶瓷坩埚，用电炉在450℃下煅烧120分钟后，缓慢冷却至室温。经紫外-可见分光光度计的漫反射光谱测定，其吸收边由扩展到530nm左右。
Claims (6)
1、一种掺氮二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在于，采用固相反应法将氮元素取代二氧化钛中部分氧元素，用尿素作为氮源，尿素和二氧化钛粉体或其前驱体发生反应，生成氮掺杂的二氧化钛光催化剂，氮元素在二氧化钛粉体光催化剂中的摩尔百分比达到0.05％-5.0％。
2、如权利要求1所述的掺氮二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征是，所述的固相反应，其参数：烧成温度为300°-650℃，固相反应时间为0.5-10小时。
3、如权利要求1所述的掺氮二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征是，所述的固相反应，其中的尿素和二氧化钛粉体或其前驱体的摩尔比例为0.1∶1.0以上。
4、如权利要求3所述的掺氮二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征是，所述的固相反应，其中的尿素和二氧化钛粉体或其前驱体的摩尔比例进一步限定为0.3∶1.0-3.0∶1.0。
5、如权利要求1或3所述的掺氮二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征是，二氧化钛粉体或为无定型、或为锐钛矿、或为锐钛矿与金红石的混晶，其比表面积大于50m2/g。
6、如权利要求1所述的掺氮二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征是，固相反应在空气中或在氮气保护下进行。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200410024886 CN1257013C (zh) | 2004-06-03 | 2004-06-03 | 掺氮二氧化钛光催化剂的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200410024886 CN1257013C (zh) | 2004-06-03 | 2004-06-03 | 掺氮二氧化钛光催化剂的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1583250A true CN1583250A (zh) | 2005-02-23 |
| CN1257013C CN1257013C (zh) | 2006-05-24 |
Family
ID=34601025
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 200410024886 Expired - Fee Related CN1257013C (zh) | 2004-06-03 | 2004-06-03 | 掺氮二氧化钛光催化剂的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN1257013C (zh) |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1321738C (zh) * | 2005-04-29 | 2007-06-20 | 北京科技大学 | 一种氮掺杂锐钛矿型纳米二氧化钛的制备方法 |
| CN100408185C (zh) * | 2006-08-08 | 2008-08-06 | 南开大学 | 可见光区高活性氮掺杂纳米二氧化钛催化剂的制备方法 |
| CN102103931A (zh) * | 2011-01-13 | 2011-06-22 | 宁波大学 | 氮掺杂二氧化钛光阳极及其制备方法和应用 |
| CN102861562A (zh) * | 2012-09-28 | 2013-01-09 | 东北大学秦皇岛分校 | 可见光催化活性氮有机改性含钛高炉渣催化剂及制备方法 |
| CN103861631A (zh) * | 2014-03-12 | 2014-06-18 | 北京理工大学 | 一种氮掺杂二氧化钛纳米带可见光光催化剂的制备方法 |
| CN104190462A (zh) * | 2014-08-29 | 2014-12-10 | 渤海大学 | 一种clzton型可见光分解水制氢催化剂的制备方法 |
| CN104190460A (zh) * | 2014-08-29 | 2014-12-10 | 渤海大学 | Clmton型可见光分解水制氢催化剂的制备方法 |
| CN104475070A (zh) * | 2014-11-03 | 2015-04-01 | 东北林业大学 | 一种具高可见光催化性能的介孔中空球形TiO2的制备方法 |
| CN107497471A (zh) * | 2017-10-13 | 2017-12-22 | 华中农业大学 | 一种光催化剂的制备方法及其还原含铬废水的应用 |
| CN108067277A (zh) * | 2016-11-15 | 2018-05-25 | 中国地质大学（北京） | 高掺氮量单晶TiO2介孔材料的制备方法 |
| CN109999872A (zh) * | 2018-02-06 | 2019-07-12 | 中国科学院金属研究所 | 一种制备硼氮均相硼氮掺杂红色二氧化钛的方法 |
| CN112427044A (zh) * | 2019-08-26 | 2021-03-02 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种氮掺杂混晶二氧化钛光催化材料及其制备方法和应用 |
| CN113582226A (zh) * | 2021-08-09 | 2021-11-02 | 吉林建筑大学 | 一种用于处理黑臭水体的光纳米材料的制备方法 |
| CN113842903A (zh) * | 2021-10-28 | 2021-12-28 | 安徽泽汶环保科技有限公司 | 一种光催化降解甲醛复合材料及其制备方法及应用 |
| CN116371391A (zh) * | 2023-03-31 | 2023-07-04 | 上海闵环科技有限公司 | 一种光催化剂的制备方法及该催化剂的应用 |
-
2004
- 2004-06-03 CN CN 200410024886 patent/CN1257013C/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1321738C (zh) * | 2005-04-29 | 2007-06-20 | 北京科技大学 | 一种氮掺杂锐钛矿型纳米二氧化钛的制备方法 |
| CN100408185C (zh) * | 2006-08-08 | 2008-08-06 | 南开大学 | 可见光区高活性氮掺杂纳米二氧化钛催化剂的制备方法 |
| CN102103931A (zh) * | 2011-01-13 | 2011-06-22 | 宁波大学 | 氮掺杂二氧化钛光阳极及其制备方法和应用 |
| CN102861562A (zh) * | 2012-09-28 | 2013-01-09 | 东北大学秦皇岛分校 | 可见光催化活性氮有机改性含钛高炉渣催化剂及制备方法 |
| CN103861631A (zh) * | 2014-03-12 | 2014-06-18 | 北京理工大学 | 一种氮掺杂二氧化钛纳米带可见光光催化剂的制备方法 |
| CN104190462A (zh) * | 2014-08-29 | 2014-12-10 | 渤海大学 | 一种clzton型可见光分解水制氢催化剂的制备方法 |
| CN104190460A (zh) * | 2014-08-29 | 2014-12-10 | 渤海大学 | Clmton型可见光分解水制氢催化剂的制备方法 |
| CN104190460B (zh) * | 2014-08-29 | 2016-08-31 | 渤海大学 | Clmton型可见光分解水制氢催化剂的制备方法 |
| CN104475070A (zh) * | 2014-11-03 | 2015-04-01 | 东北林业大学 | 一种具高可见光催化性能的介孔中空球形TiO2的制备方法 |
| CN108067277A (zh) * | 2016-11-15 | 2018-05-25 | 中国地质大学（北京） | 高掺氮量单晶TiO2介孔材料的制备方法 |
| CN108067277B (zh) * | 2016-11-15 | 2020-12-11 | 中国地质大学（北京） | 高掺氮量单晶TiO2介孔材料的制备方法 |
| CN107497471A (zh) * | 2017-10-13 | 2017-12-22 | 华中农业大学 | 一种光催化剂的制备方法及其还原含铬废水的应用 |
| CN107497471B (zh) * | 2017-10-13 | 2019-12-06 | 华中农业大学 | 一种光催化剂的制备方法及其还原含铬废水的应用 |
| CN109999872A (zh) * | 2018-02-06 | 2019-07-12 | 中国科学院金属研究所 | 一种制备硼氮均相硼氮掺杂红色二氧化钛的方法 |
| CN109999872B (zh) * | 2018-02-06 | 2023-01-13 | 中国科学院金属研究所 | 一种制备硼氮均相硼氮掺杂红色二氧化钛的方法 |
| CN112427044A (zh) * | 2019-08-26 | 2021-03-02 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种氮掺杂混晶二氧化钛光催化材料及其制备方法和应用 |
| CN112427044B (zh) * | 2019-08-26 | 2022-01-04 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种氮掺杂混晶二氧化钛光催化材料及其制备方法和应用 |
| CN113582226A (zh) * | 2021-08-09 | 2021-11-02 | 吉林建筑大学 | 一种用于处理黑臭水体的光纳米材料的制备方法 |
| CN113842903A (zh) * | 2021-10-28 | 2021-12-28 | 安徽泽汶环保科技有限公司 | 一种光催化降解甲醛复合材料及其制备方法及应用 |
| CN116371391A (zh) * | 2023-03-31 | 2023-07-04 | 上海闵环科技有限公司 | 一种光催化剂的制备方法及该催化剂的应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1257013C (zh) | 2006-05-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Murillo-Sierra et al. | A review on the development of visible light-responsive WO3-based photocatalysts for environmental applications | |
| CN101792117B (zh) | 钨掺杂锐钛矿型纳米二氧化钛复合粉末的制备方法 | |
| CN1257013C (zh) | 掺氮二氧化钛光催化剂的制备方法 | |
| Liu et al. | Titanium dioxide nanomaterials for photocatalysis | |
| CN101791565B (zh) | 一种TiO2@石墨相氮化碳异质结复合光催化剂及其制备方法 | |
| CN100375650C (zh) | 低温法制备碳掺杂介孔二氧化钛可见光光催化剂 | |
| CN101422725B (zh) | 一种可见光响应的氮掺杂二氧化钛纳米管的制备方法及其应用 | |
| CN102327779B (zh) | 一种氮掺杂二氧化钛异质结构的制备方法及应用 | |
| Li et al. | Visible light responsive NF-codoped TiO2 photocatalysts for the degradation of 4-chlorophenol | |
| CN103949234B (zh) | 硼掺杂石墨烯/TiO2纳米棒光催化材料的制备方法 | |
| CN111056567B (zh) | 一种黑色金红石相二氧化钛的制备方法 | |
| Tang et al. | Nitrogen-Doped TiO 2 Photocatalyst Prepared by Mechanochemical Method: Doping Mechanisms and Visible Photoactivity of Pollutant Degradation. | |
| CN101721985A (zh) | 具有可见光催化活性的硫氮共掺杂二氧化钛的制备方法 | |
| Wang et al. | N, C-codoped BiOCl flower-like hierarchical structures | |
| CN106914236A (zh) | 高效可见光响应的非晶态等离子体异质结纳米TiO2溶胶 | |
| CN105854863A (zh) | 一种C/ZnO/TiO2复合纳米光催化材料的制备方法 | |
| Xie et al. | Functions of boric acid in fabricating TiO2 for photocatalytic degradation of organic contaminants and hydrogen evolution | |
| Cheng et al. | Enhanced Visible Light Photocatalytic Activity of Mesoporous Anatase Codoped with Nitrogen and Chlorine | |
| CN103920513B (zh) | Ti3+:TiO2/TiF3复合半导体光催化剂及其制备方法 | |
| CN102631919B (zh) | 铜-钛氧化物介晶材料的制备方法 | |
| CN100467122C (zh) | 氮磷共掺杂氧化钛多级孔光催化材料及其制备方法 | |
| Lu et al. | Fabrication of TiO2-doped single layer graphitic-C3N4 and its visible-light photocatalytic activity | |
| CN112023938A (zh) | 一种双金属离子掺杂的纳米复合光催化剂及其制备方法 | |
| CN102319576A (zh) | 一种氟化物光催化材料及其制备方法 | |
| CN101947439B (zh) | 一种室内空气净化剂及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20060524 |