專利名稱：雙稀土元素鑭和釓共摻雜二氧化鈦納米管的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米二氧化鈦改性技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種雙稀土材料鑭和釓共摻雜二氧化鈦納米管復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
二氧化鈦由于低廉的價(jià)格，快速的電子-空穴分離成為光催化、太陽(yáng)能電池的光陽(yáng)極材料等。二氧化鈦(TiO2)光催化劑在工業(yè)化應(yīng)用中遇到了以下幾個(gè)瓶頸一是電子-空穴對(duì)容易復(fù)合，光催化量子效率低；二是二氧化鈦是一種寬禁帶的半導(dǎo)體，對(duì)光的吸附范圍窄，只有能量大于或等于其禁帶寬度的紫外線才能激發(fā)TiO2產(chǎn)生光催化和光化學(xué)反應(yīng)，而紫外線僅占太陽(yáng)自然光輻射的3% 5%左右，太陽(yáng)能利用率低。因此，各種辦法用來(lái)對(duì)TiO2進(jìn)行改性，從而擴(kuò)大對(duì)太陽(yáng)光的光譜響應(yīng)范圍并抑制電子-空穴對(duì)的復(fù)合。研究表明，稀土元素具有特殊的4f電子結(jié)構(gòu)，且稀土氧化物具有多晶型、強(qiáng)吸附性、穩(wěn)定性，適量的稀土離子的摻雜能有效的改善TiO2的半導(dǎo)體性質(zhì)，稀土離子能取代TiO2中的Ti，從而使TiO2在不降低紫外光下活性的同時(shí)擴(kuò)大其對(duì)太陽(yáng)光的光譜響應(yīng)范圍，提高其對(duì)可見(jiàn)光的利用率。近年來(lái)，有關(guān)稀土元素對(duì)二氧化鈦進(jìn)行摻雜改性的研究也取得了關(guān)鍵性進(jìn)展，但仍存在很大的研究空間，尤其是雙稀土元素改性TiO2納米管的研究很少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了制備一種具有可見(jiàn)光響應(yīng)的摻雜納米管復(fù)合材料。本發(fā)明采用浸潰-共沉淀法制備了稀土元素和Gd共摻雜二氧化鈦納米管的復(fù)合材料(簡(jiǎn)稱La-Gd/Ti02),具體步驟如下-種雙稀土元素鑭和釓共摻雜二氧化鈦納米管的制備方法，其特征在于包括如下步驟(I) 二氧化鈦納米管的制備采用強(qiáng)堿-水熱聯(lián)合法制備二氧化鈦納米管；(2)配置一硝酸鑭和硝酸釓混合溶液；(3)在攪拌過(guò)程中，加入二氧化鈦納米管于步驟(2)的溶液中；繼續(xù)攪拌一定時(shí)間；(4)將產(chǎn)物抽濾，洗滌，將所得產(chǎn)物在80°C恒溫干燥箱干燥10小時(shí)，研磨成粉，最后置于馬弗爐中經(jīng)一定溫度焙燒，即得鑭和釓共摻雜的二氧化鈦納米管復(fù)合材料。步驟⑵中所述硝酸鑭和硝酸釓混合溶液的濃度為O. 001 O. 005M。步驟(3)所述二氧化鈦納米管的加入量為O. 01 O. 1M。步驟(3)中所述攪拌時(shí)間為10 24小時(shí)。步驟⑷中所述的焙燒溫度為300 600°C。本發(fā)明中,所采用氫氧化鈉、硝酸鑭、硝酸釓、P25均為分析純。本發(fā)明方法所得產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)、形貌、組成進(jìn)行表征，分別選用X射線粉末衍射(XRD)、投射電子顯微鏡(TEM)、N2吸附比表面積測(cè)試儀(BET)等手段進(jìn)行表征。
本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于1.本發(fā)明采用浸潰-共沉淀法制備了雙稀土(La-Gd)共摻雜TiO2納米管復(fù)合材料。2.本發(fā)明的合成方法簡(jiǎn)單，整個(gè)制備過(guò)程簡(jiǎn)便，條件易控，且產(chǎn)物的后處理方便，具有很強(qiáng)的通用性。3.本發(fā)明的制備過(guò)程無(wú)需使用任何特殊的添加劑及催化劑等，因此本發(fā)明具有經(jīng)濟(jì)、成本低廉的特點(diǎn)。4.本發(fā)明在制備時(shí)不產(chǎn)生對(duì)環(huán)境有污染的副產(chǎn)物，符合可持續(xù)發(fā)展要求，是一種環(huán)保型合成工藝。制備的產(chǎn)物形貌、尺寸易控，純度高，結(jié)晶度好且產(chǎn)物處理方便簡(jiǎn)潔，適合于中等規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。


圖1為實(shí)施例1中所得的TiO2的TEM圖。圖2為實(shí)施例1中所得的TiO2的XRD圖。圖3為實(shí)施例1中所得的La-Gd/Ti02的XRD圖。圖4為實(shí)施例1中所得的La-Gd/Ti02的TEM圖。圖5為實(shí)施例3中所得的La-Gd/Ti02的TEM圖。圖6為實(shí)施例5中所得的La-Gd/Ti02的TEM圖。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)具體實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明。實(shí)施例1 :本發(fā)明采用浸潰-共沉淀法制備雙稀土摻雜二氧化鈦納米管復(fù)合材料，該方法包括以下步驟(I) TiO2納米管的制備采用強(qiáng)堿-水熱聯(lián)合法制備TiO2納米管；(2)配置硝酸鑭和硝酸釓水溶液(0.001M)；(3)在攪拌過(guò)程中，稱取一定量的TiO2納米管(O. 01M)于步驟⑵的溶液中；繼續(xù)攪拌16h ；(4)將產(chǎn)物抽濾，洗滌(除去表面吸附的La3+和Gd3+)，將所得產(chǎn)物在80°C恒溫干燥箱干燥10h，研磨成粉，即得La和Gd共摻雜的TiO2納米管復(fù)合材料。將步驟⑷中所得產(chǎn)物分別用TEM、XRD對(duì)其結(jié)構(gòu)和晶型進(jìn)行表征，圖1、2為強(qiáng)堿法制備的TiO2納米管的TEM和XRD圖，從圖中可以看出，納米管的形貌很清晰，形貌均一，兩端開(kāi)口，生長(zhǎng)良好；同時(shí)可以看出產(chǎn)物的晶型為銳鈦礦晶形，且XRD的衍射峰中沒(méi)有其它雜質(zhì)峰，表明所得產(chǎn)物的結(jié)晶度很好。圖3為L(zhǎng)a-Gd/Ti02復(fù)合產(chǎn)物的TEM圖，從圖中可以看出，產(chǎn)物仍然保持了 TiO2納米管的形貌，此外，從XRD圖中可以看出，經(jīng)摻雜后，出現(xiàn)了鑭和釓的衍射峰，這表明La3+、Gd3+已經(jīng)進(jìn)入TiO2晶格內(nèi)。實(shí)施例2 本發(fā)明采用浸潰-共沉淀法制備雙稀土摻雜二氧化鈦納米管復(fù)合材料，該方法包括以下步驟
(5) TiO2納米管的制備采用強(qiáng)堿-水熱聯(lián)合法制備TiO2納米管；(6)配置硝酸鑭和硝酸釓水溶液(O. 001M)；(7)在攪拌過(guò)程中，稱取一定量的TiO2納米管(O. 01M)于步驟⑵的溶液中；繼續(xù)攪拌16h ；(8)將產(chǎn)物抽濾，洗滌(除去表面吸附的La3+和Gd3+)，將所得產(chǎn)物在80°C恒溫干燥箱干燥10h，研磨成粉，最后置于馬弗爐中300°C焙燒，即得La和Gd共摻雜的TiO2納米管復(fù)合材料。實(shí)施例3:本發(fā)明采用浸潰-共沉淀法制備雙稀土摻雜二氧化鈦納米管復(fù)合材料，該方法包括以下步驟(I) TiO2納米管的制備采用強(qiáng)堿-水熱聯(lián)合法制備TiO2納米管；(2)配置硝酸鑭和硝酸釓水溶液(O. 001M)；(3)在攪拌過(guò)程中，稱取一定量的TiO2納米管(O. 01M)于步驟⑵的溶液中；繼續(xù)攪拌16h ；(4)將產(chǎn)物抽濾，洗滌(除去表面吸附的La3+和Gd3+)，將所得產(chǎn)物在80°C恒溫干燥箱干燥10h，研磨成粉，最后置于馬弗爐中400°C焙燒，即得La和Gd共摻雜的TiO2納米管復(fù)合材料。將步驟(4)中所得產(chǎn)物用TEM進(jìn)行表征，如圖5所示，從圖中可以看出，產(chǎn)物仍然保持了納米管的形貌。實(shí)施例4 本發(fā)明采用浸潰-共沉淀法制備雙稀土摻雜二氧化鈦納米管復(fù)合材料，該方法包括以下步驟(I) TiO2納米管的制備采用強(qiáng)堿-水熱聯(lián)合法制備TiO2納米管；(2)配置硝酸鑭和硝酸釓水溶液(0.001M)；(3)在攪拌過(guò)程中，稱取一定量的TiO2納米管(O. 02M)于步驟(2)的溶液中；繼續(xù)攪拌16h ；(4)將產(chǎn)物抽濾，洗滌(除去表面吸附的La3+和Gd3+)，將所得產(chǎn)物在80°C恒溫干燥箱干燥10h，研磨成粉，最后置于馬弗爐中500°C焙燒，即得La和Gd共摻雜的TiO2納米管復(fù)合材料。將步驟⑷中所得產(chǎn)物用TEM進(jìn)行表征，如圖5所示，從圖中可以看出，產(chǎn)物仍然保持了納米管的形貌。實(shí)施例5 本發(fā)明采用浸潰-共沉淀法制備雙稀土摻雜二氧化鈦納米管復(fù)合材料，該方法包括以下步驟(I) TiO2納米管的制備采用強(qiáng)堿-水熱聯(lián)合法制備TiO2納米管；(2)配置硝酸鑭和硝酸釓水溶液(O. 003M)；(3)在攪拌過(guò)程中，稱取一定量的TiO2納米管(O. 05M)于步驟(2)的溶液中；繼續(xù)攪拌16h ；(4)將產(chǎn)物抽濾，洗滌(除去表面吸附的La3+和Gd3+)，將所得產(chǎn)物在80°C恒溫干燥箱干燥10h，研磨成粉，最后置于馬弗爐中600°C焙燒，即得La和Gd共摻雜的TiO2納米管復(fù)合材料。將步驟⑷中所得產(chǎn)物用TEM進(jìn)行表征，如圖6所示，從圖中可以看出，產(chǎn)物仍然保持了納米管的形貌。
權(quán)利要求
1.一種雙稀土元素鑭和釓共摻雜二氧化鈦納米管的制備方法，其特征在于包括如下步驟: (1)二氧化鈦納米管的制備:采用強(qiáng)堿-水熱聯(lián)合法制備二氧化鈦納米管； (2)配置一硝酸鑭和硝酸釓混合溶液； (3)在攪拌過(guò)程中，加入二氧化鈦納米管于步驟(2)的溶液中；繼續(xù)攪拌一定時(shí)間； (4)將產(chǎn)物抽濾，洗滌，將所得產(chǎn)物在80°C恒溫干燥箱干燥10小時(shí)，研磨成粉，最后置于馬弗爐中經(jīng)一定溫度焙燒，即得鑭和釓共摻雜的二氧化鈦納米管復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述雙稀土元素鑭和釓共摻雜二氧化鈦納米管的制備方法，其特征在于，步驟(2)中所述硝酸鑭和硝酸釓混合溶液的濃度為0.001 0.005M。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述雙稀土元素鑭和釓共摻雜二氧化鈦納米管的制備方法，其特征在于，步驟(3)所述二氧化鈦納米管的加入量為0.01 0.1M。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述雙稀土元素鑭和釓共摻雜二氧化鈦納米管的制備方法，其特征在于，步驟(3)中所述攪拌時(shí)間為10 24小時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述雙稀土元素鑭和釓共摻雜二氧化鈦納米管的制備方法，其特征在于，步驟(4)中所述的焙燒溫·度為300 600°C。
全文摘要
本發(fā)明提出一種雙稀土元素鑭和釓共摻雜二氧化鈦納米管的制備方法，其特征在于包括如下步驟二氧化鈦納米管的制備采用強(qiáng)堿-水熱聯(lián)合法制備二氧化鈦納米管；配置一硝酸鑭和硝酸釓混合溶液；在攪拌過(guò)程中，加入二氧化鈦納米管于步驟(2)的溶液中；繼續(xù)攪拌一定時(shí)間；將產(chǎn)物抽濾，洗滌，將所得產(chǎn)物在80℃恒溫干燥箱干燥10小時(shí)，研磨成粉，最后置于馬弗爐中經(jīng)一定溫度焙燒，即得鑭和釓共摻雜的二氧化鈦納米管復(fù)合材料。該制備方法能夠?qū)⒍喾N稀土離子成功負(fù)載在二氧化鈦納米管表面及內(nèi)部，稀土離子在TiO2納米管中的分散性高，產(chǎn)物性質(zhì)穩(wěn)定；并且該方法具有工藝和流程簡(jiǎn)便，且產(chǎn)品經(jīng)燒結(jié)后仍然保持了管狀結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)B01J21/06GK103071479SQ20111032794
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2011年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月25日
發(fā)明者林琳, 趙斌, 殷天惠, 金彩虹, 何丹農(nóng) 申請(qǐng)人:上海納米技術(shù)及應(yīng)用國(guó)家工程研究中心有限公司