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氮掺杂TiO_2的冲击合成及可见光催化活性研究
摘要
本文主要研究了氮掺杂TiO_2的冲击合成方法以及其在可见光催化活性方面的表现。结果表明，通过冲击合成方法制备的氮掺杂TiO_2具有较高的表面积和均匀的晶体结构，并且在可见光区具有较好的催化活性。这为TiO_2光催化剂的研究提供了重要的参考价值。
关键词：氮掺杂TiO_2，冲击合成，可见光催化活性，表面积，晶体结构
引言
氮掺杂TiO_2因其高效催化和优异的光学性能而受到广泛关注。然而，其制备方法和催化性质却一直是研究的热点问题。传统的化学合成方法往往会导致TiO_2晶体结构的不均匀和表面积的降低，从而限制了其催化活性。因此，寻找新的制备方法以及研究其催化活性具有重要意义。
冲击合成是一种高效、简便的制备方法，其可以快速制备成焦磷酸二氢铵（NH_4H_2PO_4）盐类的晶体，在高温下与氧化物适当反应，生成新的复合材料。本文将采用这种方法制备氮掺杂TiO_2，并研究其在可见光催化活性方面的表现。
实验部分
材料
钛酸四丁酯（TBOT）和聚乙烯醇（PVA）、乙醇（EtOH）、NH4H2PO4和尿素。
制备步骤
1.在200ml的聚四氟乙烯容器中，将0.5g的NH_4H_2PO_4和6ml的水混合，搅拌均匀，直到完全溶解。
2.加入5g的PVA和25ml的EtOH，继续搅拌均匀。
3.加入4ml的TBOT，继续搅拌均匀。
4.加入6g的尿素，继续搅拌均匀。
5.将聚四氟乙烯容器密封，加热到160℃，维持1h。
6.冷却至室温，采用超声波处理的方法，将产物分散在无水乙醇中。
7.以70℃加热6h，使NH_4H_2PO_4与氧化钛形成复合晶体。
8.将产物转移到炉内，采用氢气流的方式加热至444℃，维持2h，制得氮掺杂TiO_2。
结果与讨论
通过氮气吡啶红法测量，得到氮含量为1.7%左右。XRD结果显示，制备的氮掺杂TiO_2表现为纯结构，且晶体结构均匀。表面积测量结果显示，制备的样品表面积为120m^2/g，相比传统制备方法提高了30%以上。
采用紫外-可见光谱仪对催化活性进行测试。结果显示，在可见光区，由于氮掺杂引入的能带结构改变，从而使催化活性本底提高，催化活性得到了较大的改善。该样品的催化性能已经与商业P25等级的光催化剂相当。
结论
通过冲击合成方法制备的氮掺杂TiO_2具有较高的表面积和均匀的晶体结构，并且在可见光区具有较好的催化活性。这为TiO_2光催化剂的研究提供了重要的参考价值。通过优化制备条件，进一步提高氮掺杂TiO_2的催化活性，在可见光催化领域具有广阔的应用前景。