一种碳氮共掺杂二氧化钛纳米管阵列的制备方法
【专利摘要】本发明属于半导体光电材料技术领域，尤其涉及一种碳氮共掺杂二氧化钛纳米管阵列的制备方法。本发明提供了一种碳氮共掺杂二氧化钛纳米管阵列的制备方法，所述制备方法为：步骤一、预处理；步骤二、电解；步骤三、氮掺杂；步骤四、热处理。经实验测定可得，所得产品的碳氮共掺杂的掺杂含量高，反应时间短，解决了现有技术中，碳氮共掺杂二氧化钛纳米管阵列的制备方法，存在着制备时间长以及掺杂含量低的技术缺陷。而且，本发明提供的技术方案，还具有生产成本低、工艺简单可控的优点。
【专利说明】
一种碳氮共掺杂二氧化钛纳米管阵列的制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于半导体光电材料技术领域，尤其涉及一种碳氮共掺杂二氧化钛纳米管 阵列的制备方法。
【背景技术】
[0002] 二氧化钛具有良好的化学稳定性和抗磨损性以及成本低、环境友好等优点，因而， 在光催化氧化、环境污染物、光电转换、光化学合成等方面具有广阔的应用前景，但目前二 氧化钛光催化材料实用化的主要问题包括:光能利用率较低，二氧化钛禁带较宽，对太阳光 的吸收局限于紫外区，利用率不到只占4%左右;光生电子和空穴的复合导致其催化效率很 低;催化剂使用中的固定化问题，如何尽可能的提高光催化活性及光电性能，以及将其光响 应拓展到可见光范围以其更加充分的利用太阳能，一直是二氧化钛半导体光电材料领域的 重要研究内容。
[0003] 研究表明，相比于二氧化钛纳米粉体，二氧化钛纳米管因具有较高的活性比表面 积，而具有较高的光电性能和光催化性能。然而，现有技术中，碳氮共掺杂二氧化钛纳米管 阵列的制备方法，存在着制备时间长以及掺杂含量低的技术缺陷。
[0004] 因此，研发出一种碳氮共掺杂二氧化钛纳米管阵列的制备方法，用于解决现有技 术中，碳氮共掺杂二氧化钛纳米管阵列的制备方法，存在着制备时间长以及掺杂含量低的 技术缺陷，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明实施例提供了一种碳氮共掺杂二氧化钛纳米管阵列的制备方 法，用于解决现有技术中，碳氮共掺杂二氧化钛纳米管阵列的制备方法，存在着制备时间长 以及掺杂含量低的技术缺陷。而且，本发明提供的技术方案，还具有生产成本低、工艺简单 可控的优点。
[0006] 本发明提供了一种碳氮共掺杂二氧化钛纳米管阵列的制备方法，所述制备方法 为:步骤一、预处理:肽片清洗后，干燥，得第一产物;步骤二、电解:所述第一产物为阳极，铂 片为阴极，通电的条件下，在电解液中磁力搅拌氧化，得第二产物;步骤三、氮掺杂:所述第 二产物在尿素溶液中浸泡，得第三产物；步骤四、热处理:所述第三产物加热后冷却，得产 品。
[0007] 优选地，所述清洗为:所述胶片依次经丙酮、无水乙醇和去离子水各清洗15min。
[0008] 优选地，所述清洗为超声清洗。
[0009] 优选地，所述电解液为:氟化铵为溶质，水和乙二醇的混合液为溶剂的溶液;所述 氟化铵的质量百分浓度为〇. 15 %~0.35 %，所述水和所述乙二醇的体积比为（1~3): (97~ 99)〇
[0010] 优选地，所述通电的电压为：10~25V的直流电压。
[0011]优选地，所述磁力搅拌氧化的时间为〇. 5~6h。
[0012]优选地，所述尿素溶液的浓度为10~40mg/L。
[0013] 优选地，所述浸泡的时间为2~4h。
[0014] 优选地，所述加热的温度为350~550°C。
[0015] 优选地，所述加热的时间为3h。
[0016] 综上所述，本发明提供了一种碳氮共掺杂二氧化钛纳米管阵列的制备方法，所述 制备方法为:步骤一、预处理:肽片清洗后，干燥，得第一产物;步骤二、电解:所述第一产物 为阳极，铂片为阴极，通电的条件下，在电解液中磁力搅拌氧化，得第二产物;步骤三、氮掺 杂:所述第二产物在尿素溶液中浸泡，得第三产物;步骤四、热处理:所述第三产物加热后冷 却，得产品。经实验测定可得，所得产品的碳氮共掺杂的掺杂含量高，反应时间短，解决了现 有技术中，碳氮共掺杂二氧化钛纳米管阵列的制备方法，存在着制备时间长以及掺杂含量 低的技术缺陷。而且，本发明提供的技术方案，还具有生产成本低、工艺简单可控的优点。
【附图说明】
[0017] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据 提供的附图获得其他的附图。
[0018] 图1为本发明实施例1制得的产品1的紫外漫反射图；
[0019] 图2为本发明实施例1制得的产品1的光电特性图。
【具体实施方式】
[0020] 本发明实施例提供了一种碳氮共掺杂二氧化钛纳米管阵列的制备方法，用于解决 现有技术中，碳氮共掺杂二氧化钛纳米管阵列的制备方法，存在着制备时间长以及掺杂含 量低的技术缺陷。而且，本发明提供的技术方案，还具有生产成本低、工艺简单可控的优点。
[0021] 下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施 例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通 技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范 围。
[0022]为了更详细说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种碳氮共掺杂二氧化 钛纳米管阵列的制备方法，进行具体地描述。
[0023] 实施例1
[0024] 将肽片依次用丙酮、无水乙醇和去离子水各超声清洗15min后，干燥，得第一产物 1。第一产物1为阳极，铂片为阴极，在20V的直流电压通电条件下，在电解液中磁力搅拌氧化 3h，得第二产物1。第二产物1在浓度为20mg/L的尿素溶液中浸泡3h，得第三产物1。第三产物 1在马弗炉中以450°C的温度加热3h，冷却后，得产品1。
[0025] 本发明实施例中，电解液为质量分数为0.25%的氟化铵，电解液的溶剂为乙二醇 和水的混合体系，其中，水的体积分数为2.5%。
[0026] 实施例2
[0027] 将肽片依次用丙酮、无水乙醇和去离子水各超声清洗15min后，干燥，得第一产物 2。 第一产物2为阳极，钼片为阴极，在10V的直流电压通电条件下，在电解液中磁力搅拌氧化 0.5h，得第二产物2。第二产物2在浓度为10mg/L的尿素溶液中浸泡2h，得第三产物2。第三产 物2在马弗炉中以350 °C的温度加热3h，冷却后，得产品2。
[0028]本发明实施例中，电解液为质量分数为0.15%的氟化铵，电解液的溶剂为乙二醇 和水的混合体系，其中，水的体积分数为1.0%。
[0029] 实施例3
[0030]将肽片依次用丙酮、无水乙醇和去离子水各超声清洗15min后，干燥，得第一产物 3。 第一产物3为阳极，铂片为阴极，在25V的直流电压通电条件下，在电解液中磁力搅拌氧化 6h，得第二产物3。第二产物3在在浓度为40mg/L的尿素溶液中浸泡4h，得第三产物3。第三产 物3在马弗炉中以550 °C的温度加热3h，冷却后，得产品3。
[0031 ]本发明实施例中，电解液为质量分数为0.35%的氟化铵，电解液的溶剂为乙二醇 和水的混合体系，其中，水的体积分数为3.0%。
[0032] 实施例4
[0033] 表面元素性质XPS(PHI_1600型电子能谱仪)分析采用Mg Ka(1253.6eV)作为激发 光源，功率为300W，以Cls(284.98eV)作为校正电荷。XPS测得产品3之元素0、Ti、N及C的质量 分数分别为37.64、16.21、0.48及45.66%。具体实验结果请参阅表1。
[0034] 表l:C-N_TNTAs的XPS分析元素含量
[0036] 其中，Name、Peak BE和FWHM/eV分别表示元素、峰结合能和半峰宽/eV。
[0037] 对产品1和产品2做相同检测，得到类似的实验结果，在此不再赘述。
[0038] 实施例5
[0039] 请参阅图1，从产品1的紫外漫反射图可以看出，紫外可见漫反射谱产生明显红移， 禁带宽度由3.2eV降低到2.6eV，这有利于掺杂二氧化钛纳米管阵列在紫外可见光区的光催 化降解。
[0040] 对产品2和产品3做相同检测，得到类似的实验结果，在此不再赘述。
[0041 ] 实施例6
[0042] 请参阅图2，从产品1的光电特性图可以看出，在100W低压汞灯(365nm)的照射下产 生的光电流(Light on)和暗电流(Light off)的条件下所得的光电特性图，制得的纳米管 阵列具有较高的光电流，这有利于运用在水的光解领域，所产生的的氢气是一种可再生的 清洁能源，这种相对简单，成本较低的工艺具有较高的可操作和实用性。
[0043] 对产品2和产品3做相同检测，得到类似的实验结果，在此不再赘述。
[0044] 综上所述，本发明提供了一种碳氮共掺杂二氧化钛纳米管阵列的制备方法，所述 制备方法为:步骤一、预处理:肽片清洗后，干燥，得第一产物;步骤二、电解:所述第一产物 为阳极，铂片为阴极，通电的条件下，在电解液中磁力搅拌氧化，得第二产物;步骤三、氮掺 杂:所述第二产物在尿素溶液中浸泡，得第三产物;步骤四、热处理:所述第三产物加热后冷 却，得产品。经实验测定可得，所得产品的碳氮共掺杂的掺杂含量高，反应时间短，解决了现 有技术中，碳氮共掺杂二氧化钛纳米管阵列的制备方法，存在着制备时间长以及掺杂含量 低的技术缺陷。而且，本发明提供的技术方案，还具有生产成本低、工艺简单可控的优点。
[0045] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种碳氮共掺杂二氧化钛纳米管阵列的制备方法，其特征在于，所述制备方法为： 步骤一、预处理:肽片清洗后，干燥，得第一产物； 步骤二、电解:所述第一产物为阳极，铂片为阴极，通电的条件下，在电解液中磁力搅拌 氧化，得第二产物； 步骤三、氮掺杂:所述第二产物在尿素溶液中浸泡，得第三产物； 步骤四、热处理:所述第三产物加热后冷却，得产品。2. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述清洗为:所述胶片依次经丙酮、无 水乙醇和去离子水各清洗15min。3. 根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述清洗为超声清洗。4. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述电解液为:氟化铵为溶质，水和乙 二醇的混合液为溶剂的溶液； 所述氟化铵的质量百分浓度为0.15%~0.35%，所述水和所述乙二醇的体积比为（1~ 3):(97 ~99)。5. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述通电的电压为：10~25V的直流电 压。6. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述磁力搅拌氧化的时间为0.5~6h。7. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述尿素溶液的浓度为10~40mg/L。8. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述浸泡的时间为2~4h。9. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述加热的温度为350~550°C。10. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述加热的时间为3h。
【文档编号】C23C8/80GK105970272SQ201610357528
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月25日
【发明人】张耿崚, 彭彦彬
【申请人】广东工业大学, 东海大学