鈦缺失型巖鹽結(jié)構(gòu)氧氮化鈦及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種氧氮化鈦及其制造方法，尤其涉及一種可見(jiàn)光區(qū)域中的光催化特 性得到改善的鈦缺失型巖鹽結(jié)構(gòu)氧氮化鈦及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 二氧化鈦（TiO2)作為半導(dǎo)體性金屬氧化物，比起形態(tài)與之類似的其他金屬氧化 物，從物理化學(xué)角度上看非常穩(wěn)定，并具有3. 2eV左右的帶隙能量（band gap energy)，且在 能源、環(huán)境、顯示器、纖維以及醫(yī)療等領(lǐng)域中得到廣泛的利用。
[0003] 在二氧化鈦（TiO2)中，尤其是納米氣孔多孔體因具有規(guī)則的氣孔排列和寬闊的比 表面積而表現(xiàn)出優(yōu)良的物性，因此在光催化、染料敏化太陽(yáng)能電池（DSSCs)電極、氫電極等 多樣的領(lǐng)域中得到應(yīng)用。
[0004] 然而，作為光催化劑（photo catalyst)而被熟知的二氧化鈦（TiO2)因帶隙能量 為3eV以上，因此可見(jiàn)光區(qū)域（visible wavelength region)的光催化特性不佳。
[0005] 另外，一氧化鈦（TiO)具有可易于吸收可見(jiàn)光區(qū)域的波長(zhǎng)的約為2. OeV的帶隙能 量。
[0006] 一氧化鈦（TiO)可具有巖鹽結(jié)構(gòu)，巖鹽結(jié)構(gòu)一氧化鈦（TiO)在1250°C以上的 條件下為穩(wěn)定的物質(zhì)，且常溫下單斜晶系（monoclinic)穩(wěn)定，因此以往是通過(guò)在高溫下 長(zhǎng)時(shí)間維持之后急冷到常溫的方法制作。而且，巖鹽結(jié)構(gòu)一氧化鈦（TiO)可通過(guò)諸如 下列方法的非平衡工藝（non-equilibrium process)制作：在蒸餾水內(nèi)部執(zhí)行激光消 融（laser ablation)的方法；利用鈦（Ti)金屬和二氧化鈦（TiO2)的機(jī)械化學(xué)合成法 (mechanochemical synthesis);或者欽前驅(qū)體（titanium isopropoxide)的激光裂解 (laser prolysis)法等。然而，這樣通過(guò)施加瞬間性能量而利用非平衡工藝制作的巖鹽結(jié) 構(gòu)一氧化鈦（TiO)具有在穩(wěn)定性方面脆弱的缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 技術(shù)問(wèn)題
[0008] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題為提供一種可見(jiàn)光區(qū)域中的光催化特性得到改善的 鈦缺失型巖鹽結(jié)構(gòu)氧氮化鈦及其制造方法。
[0009] 技術(shù)方案
[0010] 本發(fā)明提供一種鈦缺失型巖鹽結(jié)構(gòu)氧氮化鈦（TihCVyNpX和y為實(shí)數(shù)），其中，表 示鈦缺失程度的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] 在所述鈦缺失型巖鹽結(jié)構(gòu)氧氮化鈦中，與鈦缺失的程度相應(yīng)地在巖鹽結(jié)構(gòu)的鈦位 形成空位（vacancy)，氮與鈦形成結(jié)合，且氮在巖鹽結(jié)構(gòu)中以在氧位置換氧的形態(tài)存在。
[0012] 所述鈦缺失型巖鹽結(jié)構(gòu)氧氮化鈦具有{111}劈理面。
[0013] 所述鈦缺失型巖鹽結(jié)構(gòu)氧氮化鈦由內(nèi)部中空的中空納米粒子（hollow nano particle)構(gòu)成。
[0014] 巖鹽結(jié)構(gòu)的鈦位的氧化價(jià)態(tài)具有超過(guò)+2且不足+3的范圍，巖鹽結(jié)構(gòu)的氧位的氧 化價(jià)態(tài)具有超過(guò)-3且不足_2的范圍。
[0015] 所述鈦缺失型巖鹽結(jié)構(gòu)氧氮化鈦具有低于二氧化鈦（TiO2)的帶隙能量。
[0016] 并且，本發(fā)明提供一種鈦缺失型巖鹽結(jié)構(gòu)氧氮化鈦的制造方法，其特征在于，包括 如下步驟：將二氧化鈦（TiO2)投入到爐；對(duì)所述爐進(jìn)行加熱，并使包含氮的氣體流向投入 有所述二氧化鈦（TiO2)的所述爐內(nèi)；隨著所述二氧化鈦（TiO2)的還原的進(jìn)行，鈦缺失而在 巖鹽結(jié)構(gòu)的鈦位形成空位（vacancy)，且氧被置換而在巖鹽結(jié)構(gòu)的氧位形成氮，從而使氮與 鈦形成結(jié)合；冷卻所述爐而獲得氧氮化鈦，其中，獲得的氧氮化鈦為鈦缺失型巖鹽結(jié)構(gòu)氧氮 化鈦OV xCVyNy, X和y為實(shí)數(shù)），表示鈦缺失程度的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] 優(yōu)選地，通過(guò)所述加熱而使所述爐內(nèi)的溫度維持為600~1000°C。
[0018] 優(yōu)選地，包含氮的所述氣體可由冊(cè)13或1組成，包含氮的所述氣體以0. 01~IOcc/ min的流量供應(yīng)到所述爐內(nèi)。
[0019] 而且，優(yōu)選地，包含氮的所述氣體可由冊(cè)13與N2的混合氣體組成，所述混合氣體可 以是見(jiàn)1 3與1以0. 1~50:50~99. 9的體積比混合的氣體，所述混合氣體以0. 01~IOcc/ min的流量供應(yīng)到所述爐內(nèi)。
[0020] 有益效果
[0021] 根據(jù)本發(fā)明，可制造出可見(jiàn)光區(qū)域中的光催化特性得到改善的鈦缺失型巖鹽結(jié)構(gòu) 氧氮化鈦。對(duì)于根據(jù)本發(fā)明而制造的鈦缺失型巖鹽結(jié)構(gòu)氧氮化鈦而言，與廣泛使用于光催 化劑或染料敏化太陽(yáng)能電池等的二氧化鈦（TiO 2)相比，具有較低的帶隙能量，因此可易于 吸收可見(jiàn)光區(qū)域的波長(zhǎng)。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的鈦缺失型巖鹽結(jié)構(gòu)氧氮化鈦的制造方法不僅工藝簡(jiǎn)單而且再現(xiàn)性 尚。
【附圖說(shuō)明】
[0023] 圖1是表示為了確認(rèn)根據(jù)實(shí)施例1制造的鈦缺失型巖鹽結(jié)構(gòu)氧氮化鈦的結(jié)構(gòu)和成 分而執(zhí)行中子衍射分析（neutron diffraction analysis)的結(jié)果的圖。
[0024] 圖2和圖3是表示為了在根據(jù)實(shí)施例1制造的鈦缺失型巖鹽結(jié)構(gòu)氧氮化鈦中確認(rèn) 原子間的鍵合而執(zhí)行X射線光電子能譜（X-ray photoelectron spectroscopy ;XPS)分析 的結(jié)果的圖。
[0025] 圖4為根據(jù)實(shí)施例1而制造的鈦缺失型巖鹽結(jié)構(gòu)氧氮化鈦的透射電子顯微鏡 (transmission electron microscope ;TEM)照片。
[0026] 圖5為根據(jù)實(shí)施例1而制造的鈦缺失型巖鹽結(jié)構(gòu)氧氮化鈦的高分辨率透射電子顯 微鏡（high resolution transmission electron microscope)照片。
[0027] 圖6是為了確認(rèn)根據(jù)實(shí)施例1而制造的鈦缺失型巖鹽結(jié)構(gòu)氧氮化鈦的光催化特性 而測(cè)定亞甲藍(lán)的光分解特性并示出的曲線圖。
[0028] 圖7是將結(jié)束3小時(shí)的光分解反應(yīng)的鈦缺失型巖鹽結(jié)構(gòu)氧氮化鈦進(jìn)行回收而執(zhí)行 X射線衍射（X-ray diffraction ;XRD)分析的結(jié)果，其為分成光分解反應(yīng)前與反應(yīng)后而示 出的圖。
【具體實(shí)施方式】 [0029] 最優(yōu)實(shí)施形態(tài)
[0030] 根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的一種鈦缺失型巖鹽結(jié)構(gòu)氧氮化鈦，作為一種表示為 TihO1Jy且X和y為實(shí)數(shù)的鈦缺失型巖鹽結(jié)構(gòu)氧氮化鈦，其中，表示鈦缺失程度的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] 根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的一種鈦缺失型巖鹽結(jié)構(gòu)氧氮化鈦的制造方法，包括如 下步驟：將二氧化鈦（TiO 2)投入到爐；對(duì)所述爐進(jìn)行加熱，并使包含氮的氣體流向投入有 所述二氧化鈦（TiO2)的所述爐內(nèi)；隨著所述二氧化鈦（TiO 2)的還原的進(jìn)行，鈦缺失而在巖 鹽結(jié)構(gòu)的鈦位形成空位（vacancy)，且氧被置換而在巖鹽結(jié)構(gòu)的氧位形成氮，從而使氮與鈦 形成結(jié)合；冷卻所述爐而獲得氧氮化鈦，其中，獲得的氧氮化鈦為鈦缺失型巖鹽結(jié)構(gòu)氧氮化 鈦OV xCVyNy, X和y為實(shí)數(shù)），表示鈦缺失程度的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] 具體實(shí)施形態(tài)
[0033] 以下，參考附圖詳細(xì)說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。然而，以下的實(shí)施例是為了 使本技術(shù)領(lǐng)域中具有普通知識(shí)的人員充分理解本發(fā)明而提供的，其可以變形為多種其他形 態(tài)，本發(fā)明的范圍并不局限于以下記載的實(shí)施例。
[0034] 作為光催化劑而被熟知的二氧化鈦（TiO2)因帶隙能量為3. 2eV左右之故在可見(jiàn) 光區(qū)域的光催化特性不佳。為了使可見(jiàn)光區(qū)域的光催化特性變得良好，曾有通過(guò)將氮（N) 摻入到二氧化鈦（TiO 2)而形成0 2p與N 2p的混合電子軌道以減小帶隙的嘗試。然而，如 果在二氧化鈦（TiO2)中摻入氮（N)，則在結(jié)構(gòu)方面的穩(wěn)定性上存在問(wèn)題已被周知。
[0035] 另外，作為過(guò)渡金屬的鈦（Ti)會(huì)與