钛缺失型岩盐结构氧氮化钛及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种氧氮化钛及其制造方法，尤其涉及一种可见光区域中的光催化特 性得到改善的钛缺失型岩盐结构氧氮化钛及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 二氧化钛（TiO2)作为半导体性金属氧化物，比起形态与之类似的其他金属氧化 物，从物理化学角度上看非常稳定，并具有3. 2eV左右的带隙能量（band gap energy)，且在 能源、环境、显示器、纤维以及医疗等领域中得到广泛的利用。
[0003] 在二氧化钛（TiO2)中，尤其是纳米气孔多孔体因具有规则的气孔排列和宽阔的比 表面积而表现出优良的物性，因此在光催化、染料敏化太阳能电池（DSSCs)电极、氢电极等 多样的领域中得到应用。
[0004] 然而，作为光催化剂（photo catalyst)而被熟知的二氧化钛（TiO2)因带隙能量 为3eV以上，因此可见光区域（visible wavelength region)的光催化特性不佳。
[0005] 另外，一氧化钛（TiO)具有可易于吸收可见光区域的波长的约为2. OeV的带隙能 量。
[0006] 一氧化钛（TiO)可具有岩盐结构，岩盐结构一氧化钛（TiO)在1250°C以上的 条件下为稳定的物质，且常温下单斜晶系（monoclinic)稳定，因此以往是通过在高温下 长时间维持之后急冷到常温的方法制作。而且，岩盐结构一氧化钛（TiO)可通过诸如 下列方法的非平衡工艺（non-equilibrium process)制作：在蒸馏水内部执行激光消 融（laser ablation)的方法；利用钛（Ti)金属和二氧化钛（TiO2)的机械化学合成法 (mechanochemical synthesis);或者钦前驱体（titanium isopropoxide)的激光裂解 (laser prolysis)法等。然而，这样通过施加瞬间性能量而利用非平衡工艺制作的岩盐结 构一氧化钛（TiO)具有在稳定性方面脆弱的缺点。
【发明内容】
[0007] 技术问题
[0008] 本发明所要解决的技术问题为提供一种可见光区域中的光催化特性得到改善的 钛缺失型岩盐结构氧氮化钛及其制造方法。
[0009] 技术方案
[0010] 本发明提供一种钛缺失型岩盐结构氧氮化钛（TihCVyNpX和y为实数），其中，表 示钛缺失程度的X大于0且小于1，表示氮的引入程度的y大于0且小于1。
[0011] 在所述钛缺失型岩盐结构氧氮化钛中，与钛缺失的程度相应地在岩盐结构的钛位 形成空位（vacancy)，氮与钛形成结合，且氮在岩盐结构中以在氧位置换氧的形态存在。
[0012] 所述钛缺失型岩盐结构氧氮化钛具有{111}劈理面。
[0013] 所述钛缺失型岩盐结构氧氮化钛由内部中空的中空纳米粒子（hollow nano particle)构成。
[0014] 岩盐结构的钛位的氧化价态具有超过+2且不足+3的范围，岩盐结构的氧位的氧 化价态具有超过-3且不足_2的范围。
[0015] 所述钛缺失型岩盐结构氧氮化钛具有低于二氧化钛（TiO2)的带隙能量。
[0016] 并且，本发明提供一种钛缺失型岩盐结构氧氮化钛的制造方法，其特征在于，包括 如下步骤：将二氧化钛（TiO2)投入到炉；对所述炉进行加热，并使包含氮的气体流向投入 有所述二氧化钛（TiO2)的所述炉内；随着所述二氧化钛（TiO2)的还原的进行，钛缺失而在 岩盐结构的钛位形成空位（vacancy)，且氧被置换而在岩盐结构的氧位形成氮，从而使氮与 钛形成结合；冷却所述炉而获得氧氮化钛，其中，获得的氧氮化钛为钛缺失型岩盐结构氧氮 化钛OV xCVyNy, X和y为实数），表示钛缺失程度的X大于0且小于1，表示氮的引入程度 的y大于〇且小于1。
[0017] 优选地，通过所述加热而使所述炉内的温度维持为600~1000°C。
[0018] 优选地，包含氮的所述气体可由册13或1组成，包含氮的所述气体以0. 01~IOcc/ min的流量供应到所述炉内。
[0019] 而且，优选地，包含氮的所述气体可由册13与N2的混合气体组成，所述混合气体可 以是见1 3与1以0. 1~50:50~99. 9的体积比混合的气体，所述混合气体以0. 01~IOcc/ min的流量供应到所述炉内。
[0020] 有益效果
[0021] 根据本发明，可制造出可见光区域中的光催化特性得到改善的钛缺失型岩盐结构 氧氮化钛。对于根据本发明而制造的钛缺失型岩盐结构氧氮化钛而言，与广泛使用于光催 化剂或染料敏化太阳能电池等的二氧化钛（TiO 2)相比，具有较低的带隙能量，因此可易于 吸收可见光区域的波长。
[0022] 根据本发明的钛缺失型岩盐结构氧氮化钛的制造方法不仅工艺简单而且再现性 尚。
【附图说明】
[0023] 图1是表示为了确认根据实施例1制造的钛缺失型岩盐结构氧氮化钛的结构和成 分而执行中子衍射分析（neutron diffraction analysis)的结果的图。
[0024] 图2和图3是表示为了在根据实施例1制造的钛缺失型岩盐结构氧氮化钛中确认 原子间的键合而执行X射线光电子能谱（X-ray photoelectron spectroscopy ;XPS)分析 的结果的图。
[0025] 图4为根据实施例1而制造的钛缺失型岩盐结构氧氮化钛的透射电子显微镜 (transmission electron microscope ;TEM)照片。
[0026] 图5为根据实施例1而制造的钛缺失型岩盐结构氧氮化钛的高分辨率透射电子显 微镜（high resolution transmission electron microscope)照片。
[0027] 图6是为了确认根据实施例1而制造的钛缺失型岩盐结构氧氮化钛的光催化特性 而测定亚甲蓝的光分解特性并示出的曲线图。
[0028] 图7是将结束3小时的光分解反应的钛缺失型岩盐结构氧氮化钛进行回收而执行 X射线衍射（X-ray diffraction ;XRD)分析的结果，其为分成光分解反应前与反应后而示 出的图。
【具体实施方式】 [0029] 最优实施形态
[0030] 根据本发明的优选实施例的一种钛缺失型岩盐结构氧氮化钛，作为一种表示为 TihO1Jy且X和y为实数的钛缺失型岩盐结构氧氮化钛，其中，表示钛缺失程度的X大于〇 且小于1，表示氮的引入程度的y大于0且小于1。
[0031] 根据本发明的优选实施例的一种钛缺失型岩盐结构氧氮化钛的制造方法，包括如 下步骤：将二氧化钛（TiO 2)投入到炉；对所述炉进行加热，并使包含氮的气体流向投入有 所述二氧化钛（TiO2)的所述炉内；随着所述二氧化钛（TiO 2)的还原的进行，钛缺失而在岩 盐结构的钛位形成空位（vacancy)，且氧被置换而在岩盐结构的氧位形成氮，从而使氮与钛 形成结合；冷却所述炉而获得氧氮化钛，其中，获得的氧氮化钛为钛缺失型岩盐结构氧氮化 钛OV xCVyNy, X和y为实数），表示钛缺失程度的X大于0且小于1，表示氮的引入程度的 y大于0且小于1。
[0032] 具体实施形态
[0033] 以下，参考附图详细说明根据本发明的优选实施例。然而，以下的实施例是为了 使本技术领域中具有普通知识的人员充分理解本发明而提供的，其可以变形为多种其他形 态，本发明的范围并不局限于以下记载的实施例。
[0034] 作为光催化剂而被熟知的二氧化钛（TiO2)因带隙能量为3. 2eV左右之故在可见 光区域的光催化特性不佳。为了使可见光区域的光催化特性变得良好，曾有通过将氮（N) 掺入到二氧化钛（TiO 2)而形成0 2p与N 2p的混合电子轨道以减小带隙的尝试。然而，如 果在二氧化钛（TiO2)中掺入氮（N)，则在结构方面的稳定性上存在问题已被周知。
[0035] 另外，作为过渡金属的钛（Ti)会与