權利要求

1.鈦基氧氮化物納米顆粒材料，其特征在于：以尿素、鈦酸銫和Cs 0.68Ti 1.83O 4為原料在氮氣氣氛的管式爐中加熱，反應獲得鈦基氧氮化物TiO xN y納米顆粒材料。2.根據(jù)權利要求1所述的鈦基氧氮化物納米顆粒材料，其特征在于：所述鈦基氧氮化物TiO xN y納米顆粒材料是由N 3-占據(jù)一部分O 2-的位置所形成的。 3.鈦基氧氮化物納米顆粒材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟： (1)鈦基氧化物Cs 0.68Ti 1.83O 4納米材料的制備： (1.1)將1-5g二氧化鈦粉末和1-5g鈦酸銫粉末在研缽中混合均勻得到鈦基氧化物混合粉末； (1.2)將步驟(1.1)的所述鈦基氧化物混合粉末進行固相合成，在馬弗爐中空氣氣氛下高溫煅燒；其中所述的固相合成的溫度為500-1000℃，升溫速率為1-10℃/min，時間為10-30h。 (1.3)將步驟(1.2)中固相合成的所述鈦基氧化物混合粉末冷卻至室溫，用去離子水洗滌1-10次，在60-100℃烘箱中干燥得到所述鈦基氧化物Cs 0.68Ti 1.83O 4納米材料。 (2)鈦基氧氮化物TiO xN y納米顆粒材料的制備： (2.1)將1-5g鈦酸銫粉末、1-10g所述鈦基氧化物Cs 0.68Ti 1.83O 4納米材料和3-15g尿素在研缽中混合均勻得到鈦基氧氮化物混合粉末。 (2.2)將步驟(2.1)中的所述混合粉末進行固相合成，在管式爐中氮氣的氣氛下高溫煅燒；其中所述的固相合成溫度為500-1500℃，升溫速率為1-10℃/min，時間為1-5h。 (2.3)將步驟(2.2)合成的粉末冷卻至室溫，用去離子水洗滌1-10次，在60-100℃烘箱中干燥所得鈦基氧氮化物TiO xN y納米顆粒材料。 4.根據(jù)權利要求3所述的鈦基氧氮化物納米顆粒材料的制備方法，其特征在于：在所述步驟(2)中，所述鈦基氧氮化物TiO xN y納米顆粒材料的顆粒形貌為球型，尺寸為10-50nm。 5.根據(jù)權利要求4所述的鈦基氧氮化物納米顆粒材料的制備方法，其特征在于：在所述步驟(2.2)中，通過控制煅燒溫度來調(diào)控所得到的所述鈦基氧氮化物TiO xN y納米顆粒中摻雜的氮含量。 6.如權利要求3-5任一項所述制備方法制備得到的鈦基氧氮化物TiO xN y納米顆粒材料，以催化劑在光催化中的應用。 7.有機物的光降解方法，其特征在于：以權利要求1-5所述的鈦基氧氮化物TiO xN y納米顆粒材料作為光催化劑，對有機物進行光降解。

說明書

技術領域

本發(fā)明屬于無機非金屬納米材料技術領域，具體涉及一種鈦基氧氮化物納米顆粒材料、制備方法及應用。

背景技術

自從藤島和本田首次發(fā)現(xiàn)二氧化鈦的光催化作用以來，二氧化鈦在能源和環(huán)境方面的各種應用得到了廣泛的研究。由于二氧化鈦的寬帶隙，二氧化鈦的光催化性能主要局限于紫外區(qū)域。因此，縮小帶隙以有效利用太陽光，特別是在可見光范圍內(nèi)，擴大光催化應用是關鍵問題，因此大家把目光轉向了鈦基氧化物。

一氧化鈦是不溶于水和硝酸的，顏色成金黃色的粉末。一氧化鈦常用作電容器、光催化劑、鋰硫電池等。為了增加光催化性能，常用氮摻雜來改性合成鈦基氧氮化物TiO xN y納米材料。

目前鈦基氧氮化物TiO xN y納米材料的制備方法主要有：脈沖磁控管制備薄膜、固相分解法、氧化還原法等。這些方法或多或少存在著些許缺陷，如脈沖磁控法需要很高的功率。固相分解法是在空氣中退火以及在氨中退火得到最終的鈦基氧氮化物TiO xN y納米催化劑，這些制備方法大多合成的是鈦基氧氮化物TiO xN y薄膜，方法繁瑣，鈦基氧氮化物TiO xN y薄膜相比粉末來說利用性比較局限。

有鑒于此，本發(fā)明提供一種新型的、簡便的、有效的鈦基氧氮化物納米顆粒制備方法是十分有必要的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種鈦基氧氮化物納米顆粒材料、制備方法及應用，該制備方法工藝簡單、成本低、并且容易批量生產(chǎn)。

為了解決上述技術問題，采用如下技術方案：

鈦基氧氮化物納米顆粒材料，以尿素、鈦酸銫和Cs 0.68Ti 1.83O 4為原料在氮氣氣氛的管式爐中加熱，反應獲得鈦基氧氮化物TiO xN y納米顆粒材料。

所述鈦基氧氮化物TiO xN y納米顆粒材料是由N 3-占據(jù)一部分O 2-的位置所形成的。

本發(fā)明的另一技術方案，鈦基氧氮化物納米顆粒材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)鈦基氧化物Cs 0.68Ti 1.83O 4納米材料的制備：

(1.1)將1-5g二氧化鈦粉末和1-5g鈦酸銫粉末在研缽中混合均勻得到鈦基氧化物混合粉末；

(1.2)將步驟(1.1)的所述鈦基氧化物混合粉末進行固相合成，在馬弗爐中空氣氣氛下高溫煅燒；其中所述的固相合成的溫度為500-1000℃，升溫速率為1-10℃/min，時間為10-30h。

(1.3)將步驟(1.2)中固相合成的所述鈦基氧化物混合粉末冷卻至室溫，用去離子水洗滌1-10次，在60-100℃烘箱中干燥得到所述鈦基氧化物Cs 0.68Ti 1.83O 4納米材料。

(2)鈦基氧氮化物TiO xN y納米顆粒材料的制備：

(2.1)將1-5g鈦酸銫粉末、1-10g所述鈦基氧化物Cs 0.68Ti 1.83O 4納米材料和3-15g尿素在研缽中混合均勻得到鈦基氧氮化物混合粉末。

(2.2)將步驟(2.1)中的所述混合粉末進行固相合成，在管式爐中氮氣的氣氛下高溫煅燒；其中所述的固相合成溫度為500-1500℃，升溫速率為1-10℃/min，時間為1-5h。

(2.3)將步驟(2.2)合成的粉末冷卻至室溫，用去離子水洗滌1-10次，在60-100℃烘箱中干燥所得鈦基氧氮化物TiO xN y納米顆粒材料。

進一步的，在所述步驟(2)中，所述鈦基氧氮化物TiO xN y納米顆粒材料的顆粒形貌為球型，尺寸為10-50nm。

進一步的，在所述步驟(2.2)中，通過控制煅燒溫度來調(diào)控所得到的所述鈦基氧氮化物TiO xN y納米顆粒中摻雜的氮含量。

本發(fā)明的另一技術方案，利用所述制備方法制備得到的鈦基氧氮化物TiO xN y納米顆粒材料，以催化劑在光催化中的應用。

本發(fā)明的另一技術方案，一種有機物的光降解方法，以上述的鈦基氧氮化物TiO xN y納米顆粒材料作為光催化劑，對有機物進行光降解。

由于采用上述技術方案，具有以下有益效果：

本發(fā)明為鈦基氧氮化物納米顆粒材料、制備方法及應用，該制備方法通過固相合成法進行高溫煅燒的方式，調(diào)節(jié)溫度來調(diào)整光催化劑中摻入的氮含量，從而制備出尺寸小的球狀納米顆粒，該球狀納米顆粒為具有高光催化活性的鈦基氧氮化物TiO xN y納米顆粒。

制備方法該改變鈦基氧氮化物TiO xN y納米顆粒的帶隙寬度，增強對可見光的響應，可以直接用于可見光下有機物的分解。

本發(fā)明通過簡單的固相合成法制備鈦基氧氮化物TiO xN y納米顆粒，該制備方法操作簡單，易于控制。

本發(fā)明的制備方法能夠可控的摻入氮含量。

本發(fā)明的方法相對于目前的方法來說，更加經(jīng)濟、安全，具有能耗低的優(yōu)點。

本發(fā)明制備的鈦基氧氮化物TiO xN y納米顆粒相對于納米薄膜的利用更加廣泛。

附圖說明

下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明：

圖1是本發(fā)明制備的鈦基氧化物Cs 0.68Ti 1.83O 4納米材料和鈦基氧氮化物TiO xN y納米顆粒材料的XRD圖；

圖2是本發(fā)明制備的鈦基氧氮化物TiO xN y納米顆粒材料在800-1200℃的XRD圖；

圖3是本發(fā)明制備的鈦基氧化物Cs 0.68Ti 1.83O 4納米材料和鈦基氧氮化物TiO xN y納米顆粒材料的SEM圖；

圖4是本發(fā)明制備的鈦基氧氮化物TiO xN y納米顆粒材料的晶格常數(shù)圖；

圖5是本發(fā)明制備的鈦基氧氮化物TiO xN y納米顆粒材料的XPS圖；

圖6是本發(fā)明制備的鈦基氧氮化物TiO xN y納米顆粒材料的TG圖。

圖7是本發(fā)明制備的鈦基氧氮化物TiO xN y納米顆粒材料的紫外-可見光光譜圖。

圖8是本發(fā)明制備的鈦基氧氮化物TiO xN y納米顆粒材料的元素分析表格圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明了，下面通過附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。但是應該理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明的范圍。此外，在以下說明中，省略了對公知結構和技術的描述，以避免不必要地混淆本發(fā)明的概念。

如圖1至圖8所示，鈦基氧氮化物納米顆粒材料，以尿素、鈦酸銫和Cs 0.68Ti 1.83O 4為原料在氮氣氣氛的管式爐中加熱，反應獲得鈦基氧氮化物TiO xN y納米顆粒材料。

所述鈦基氧氮化物TiO xN y納米顆粒材料是由N 3-占據(jù)一部分O 2-的位置所形成的。

鈦基氧氮化物納米顆粒材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)鈦基氧化物Cs 0.68Ti 1.83O 4納米材料的制備：

(1.1)將1-5g二氧化鈦粉末和1-5g鈦酸銫粉末在研缽中混合均勻得到鈦基氧化物混合粉末；

(1.2)將步驟(1.1)的所述鈦基氧化物混合粉末進行固相合成，在馬弗爐中空氣氣氛下高溫煅燒；其中所述的固相合成的溫度為500-1000℃，升溫速率為1-10℃/min，時間為10-30h。

(1.3)將步驟(1.2)中固相合成的所述鈦基氧化物混合粉末冷卻至室溫，用去離子水洗滌1-10次，在60-100℃烘箱中干燥得到所述鈦基氧化物Cs 0.68Ti 1.83O 4納米材料。

(2)鈦基氧氮化物TiO xN y納米顆粒材料的制備：

(2.1)將1-5g鈦酸銫粉末、1-10g所述鈦基氧化物Cs 0.68Ti 1.83O 4納米材料和3-15g尿素在研缽中混合均勻得到鈦基氧氮化物混合粉末。

(2.2)將步驟(2.1)中的所述混合粉末進行固相合成，在管式爐中氮氣的氣氛下高溫煅燒；其中所述的固相合成溫度為500-1500℃，升溫速率為1-10℃/min，時間為1-5h。

(2.3)將步驟(2.2)合成的粉末冷卻至室溫，用去離子水洗滌1-10次，在60-100℃烘箱中干燥所得鈦基氧氮化物TiO xN y納米顆粒材料。

進一步的，在所述步驟(2)中，所述鈦基氧氮化物TiO xN y納米顆粒材料的顆粒形貌為球型，尺寸為10-50nm。

進一步的，在所述步驟(2.2)中，通過控制煅燒溫度來調(diào)控所得到的所述鈦基氧氮化物TiO xN y納米顆粒中摻雜的氮含量。

本申請通過下面實施例對鈦基氧氮化物納米顆粒材料的制備方法作進一步闡述。

實施例1

在研缽中加入2.437g的Cs 2CO 3和2.983g的TiO 2粉末研磨30min，放入馬弗爐中800℃高溫煅燒20h，升溫速率為2℃/min，冷卻至室溫后用去離子洗滌3次，在60℃的烘箱中干燥過夜，得到層狀鈦氧化物Cs 0.68Ti 1.83O 4納米材料；再用1g前述合成的Cs 0.68Ti 1.83O 4、1.006g的Cs 2CO 3和5g尿素在研缽中研磨30min，放入管式爐中，通入氮氣，分別在800℃、900℃、1000℃、1100℃和1200℃下高溫煅燒3h，升溫速率為2℃/min，冷卻至室溫后用去離子洗滌3次，在60℃的烘箱中干燥過夜，得到鈦基氧氮化物TiO xN y納米顆粒材料。

實施例2

在研缽中加入3g的Cs 2CO 3和3.5g的TiO 2粉末研磨30min，放入馬弗爐中800℃高溫煅燒20h，升溫速率為3℃/min，冷卻至室溫后用去離子洗滌4次，在60℃的烘箱中干燥過夜，得到層狀鈦氧化物Cs 0.68Ti 1.83O 4納米材料；再用1.1g前述合成的Cs 0.68Ti 1.83O 4、1.2g的Cs 2CO 3和5.5g尿素在研缽中研磨30min，放入管式爐中，通入氮氣，分別在800℃、900℃、1000℃、1100℃和1200℃下高溫煅燒3h，升溫速率為2℃/min，冷卻至室溫后用去離子洗滌3次，在60℃的烘箱中干燥過夜，得到鈦基氧氮化物TiO xN y納米顆粒材料。

實施例3

在研缽中加入2g的Cs 2CO 3和2.4g的TiO 2粉末研磨30min，放入馬弗爐中800℃高溫煅燒20h，升溫速率為3℃/min，冷卻至室溫后用去離子洗滌3次，在60℃的烘箱中干燥過夜，得到層狀鈦氧化物Cs 0.68Ti 1.83O 4納米材料；再用1.25g前述合成的Cs 0.68Ti 1.83O 4、1.35g的Cs 2CO 3和6g尿素在研缽中研磨30min，放入管式爐中，通入氮氣，分別在800℃、900℃、1000℃、1100℃和1200℃下高溫煅燒3h，升溫速率為2℃/min，冷卻至室溫后用去離子洗滌3次，在60℃的烘箱中干燥過夜，得到鈦基氧氮化物TiO xN y納米顆粒材料。

實施例4

在研缽中加入2.2g的Cs 2CO 3和3.25g的TiO 2粉末研磨30min，放入馬弗爐中800℃高溫煅燒20h，升溫速率為3℃/min，冷卻至室溫后用去離子洗滌4次，在60℃的烘箱中干燥過夜，得到層狀鈦氧化物Cs 0.68Ti 1.83O 4納米材料；再用1.5g前述合成的Cs 0.68Ti 1.83O 4、1.6g的Cs 2CO 3和6g尿素在研缽中研磨30min，放入管式爐中，通入氮氣，分別在800℃、900℃、1000℃、1100℃和1200℃下高溫煅燒3h，升溫速率為2℃/min，冷卻至室溫后用去離子洗滌3次，在60℃的烘箱中干燥過夜，得到鈦基氧氮化物TiO xN y納米顆粒材料。

實施例結果表明，本發(fā)明采用的固相合成法在管式爐中在氮氣氣氛下?lián)诫s氮元素，改變Cs 0.68Ti 1.83O 4的結構，成功的合成出鈦基氧氮化物TiO xN y納米顆粒材料，改變對可見光的響應特性，以用于在可見光下對有機物的分解。

以上僅為本發(fā)明的具體實施例，但本發(fā)明的技術特征并不局限于此。任何以本發(fā)明為基礎，為解決基本相同的技術問題，實現(xiàn)基本相同的技術效果，所作出地簡單變化、等同替換或者修飾等，皆涵蓋于本發(fā)明的保護范圍之中。

全文PDF

鈦基氧氮化物納米顆粒材料、制備方法及應用.pdf