CN110152699A - 一种氧化亚铜与二碳化三钛异质结复合材料的制备方法及其光催化还原二氧化碳的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氧化亚铜与二碳化三钛异质结复合材料的制备方法及其光催化还原二氧化碳的应用。该方法通过HF刻蚀Ti3AlC2制备二碳化三钛；然后通过DMSO搅拌和超声的方式制备二碳化三钛纳米片，再在水热条件下原位生长Cu2O于二碳化三钛纳米片上得到氧化亚铜与二碳化三钛异质结复合材料。本发明首次构建Cu2O/MXene异质结复合材料，将其作为光催化剂，在氙灯照射下模拟CO2还原，六角星状的Cu2O与二维的MXene纳米片之间致密的接触不仅提升了催化剂的导电性，而且有助于促进了电子空穴的分离效率，提高了Cu2O光学吸收及光催化活性性能。
Description
技术领域
本发明属于异质结光催化剂制备技术领域，具体涉及到一种氧化亚铜与二碳化三钛异质结复合材料的制备方法及其光催化还原二氧化碳的应用。
背景技术
近年来，传统化石能源的大量燃烧导致了能源短缺，环境污染和全球变暖等一系类严重的问题，正在不断影响着人们的生产生活方式。二氧化碳是最主要的温室气体之一，导致了全球变暖和海平面的上升，自从1750年到2017年初，其浓度从280ppm增加到了406ppm。为了缓解这种困境，全球研究人员付出了巨大努力，致力于将二氧化碳转化为碳氢化合物或其他碳基化学品，如一氧化碳，甲烷和甲醇等，从而进一步利用他们。自1978年，Halmann通过光电化学将二氧化碳转化为有机物后，太阳能驱动的光催化二氧化碳还原被成为了最有前途的方式之一。目前，科学家已开发出各种用于CO2还原的光催化剂，如金属氧化物(ZnO，TiO2，Bi2O3)和硫化物(ZnIn2S4)，层状双氢氧化物(LDHs)，金属有机骨架(MOF)和多金属氧酸盐(POMs)等，然而低的还原电位限制了其催化活性的提升。
Cu2O是一种典型的p型半导体，具有窄带隙(2.0eV)和高的还原电势，对CO2还原展现出了高光催化活性。然而，Cu2O的光腐蚀是不容忽视的，因为一部分Cu+在水溶液中歧化成Cu2+和Cu。因此，构建优异光稳定性的Cu2O基异质结的构造是重要的，这对于CO2的高效光还原也是十分必需的。
MXene作为二维层状金属碳化物的新族，可以提供大的表面积，超薄厚度，丰富的催化活性位点和高比例的配位不饱和表面位点。这些优势使得MXene在光催化领域中具有潜在的应用价值，赋予了光催化剂优异的光捕获性能和低的电荷复合率。此外，MXene的光热协同效应也可以提高光催化反应速率。
发明内容
本发明的目的是提供了一种氧化亚铜与二碳化三钛异质结复合材料的制备方法及其光催化还原二氧化碳制备甲烷和一氧化碳的应用。本发明首次构建Cu2O/MXene异质结复合材料，将其作为光催化剂，在氙灯照射下模拟CO2还原，六角星状的Cu2O与二维的MXene纳米片之间致密的接触不仅提升了催化剂的导电性，而且有助于促进了电子空穴的分离效率，提高了Cu2O光学吸收及光催化活性性能。
本发明所述的氧化亚铜与二碳化三钛异质结复合材料的制备方法为：通过HF刻蚀Ti3AlC2制备二碳化三钛；然后通过DMSO搅拌和超声的方式制备二碳化三钛纳米片，再在水热条件下原位生长Cu2O于二碳化三钛纳米片上得到氧化亚铜与二碳化三钛异质结复合材料。
本发明所述的氧化亚铜与二碳化三钛异质结复合材料的制备方法的具体步骤为：
1)将Ti3AlC2粉末溶解于HF溶液中，室温下反应12-60h，反应完成后，将黑色悬浮液反复用去离子水离心洗涤至中性，干燥12h得到二碳化三钛；
2)将步骤1)制备得到的二碳化三钛分散在DMSO中，磁力搅拌12-36h，离心后将沉淀再次分散到去离子水中，在氮气保护下超声4-10小时，得到二碳化三钛超薄纳米片分散液；
3)将乙酸铜和葡萄糖混合溶液与步骤2)得到的二碳化三钛超薄纳米片分散液混合均匀，于70-100℃下水热反应3-8小时，用去离子水离心洗涤，真空干燥，得到氧化亚铜与二碳化三钛异质结复合材料。
将上述制备得到的氧化亚铜与二碳化三钛异质结复合材料作为催化剂光催化还原二氧化碳的应用。
氧化亚铜与二碳化三钛异质结复合薄膜的制备方法为：将上述制备得到的氧化亚铜与二碳化三钛异质结复合材料溶解于乙醇中，搅拌均匀后加入到石英培养皿中，60-100℃条件下烘干成薄膜。
将上述制备得到的氧化亚铜与二碳化三钛异质结复合薄膜作为催化剂光催化还原二氧化碳的应用。所述的光催化还原二氧化碳反应条件为：光照条件下将二氧化碳和氢气混合气体冲入反应器中，氧化亚铜与二碳化三钛异质结复合薄膜作为催化剂进行反应。
本发明利用二维层状材料二碳化三钛可以提供大的表面积，超薄厚度，丰富的催化活性位点和高比例的配位不饱和表面位点等优点，借助Cu2O高的还原电势和窄的带隙特征，通过协同作用，提升光催化还原CO2的催化活性。原位生长的优点赋予Cu2O/二碳化三钛异质结致密的接触界面，此外由于二碳化三钛优良的导电性，其可以起到电子受体的作用，促进电子-空穴对的分离和转移，帮助更多电子参与光催化二氧化碳还原。在这项工作中，二碳化三钛的含量为10mg时，异质结达到最高的光催化反应活性(CO反应速率为17.55μmol·g-1·h-1，CH4反应速率为0.96μmol·h-1·g-1)，比纯Cu2O高3.1倍和4.0倍(CO反应速率为5.73μmol·g-1·h-1，CH4反应速率为0.24μmol·g-1·h-1)。此外，CuTi-10在光催化CO2还原过程中保持高的稳定性，证实氧化亚铜与二碳化三钛异质结的优异性。本发明制备简单，价格低廉，适合大规模的生产。
附图说明
图1是本发明从实施例1到实施例5得到的CuTi-X(X＝0,2,5,10,20,30)合成的具体流程图。
图2是本发明从实施例1到实施例5得到的CuTi-X的XRD图。
图3是实施例1到实施例5得到的SEM、AFM图。a是刻蚀后的二碳化三钛的SEM图，b是超声剥离后的二碳化三钛的AFM图，c是超声剥离后的二碳化三钛的纳米片厚度测量图，d是Cu2O的SEM图，e是Cu2O/二碳化三钛的SEM图，f是Cu的mapping图。
图4是本发明从实施例1到实施例5得到的CuTi-X的紫外可见吸收光谱图。
图5是本发明从实施例1到实施例5得到的CuTi-X的Cu2O、CuTi-10和二碳化三钛的光驱动热成像图。a是Cu2O的热成像图，b是CuTi-10的热成像图，c是二碳化三钛的热成像图，d是热曲线对比图，e是测试所用的仪器。
图6是本发明从实施例1到实施例5得到的Cu2O、CuTi-X和二碳化三钛的瞬态光电流响应图。
图7是本发明从实施例1到实施例5得到的CuTi-X光催化还原CO2制CO效率曲线图。
图8是本发明从实施例1到实施例5得到的CuTi-X光催化还原CO2制甲烷效率曲线图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例来进一步解释本发明。
实施例1
1、采用HF法刻蚀Ti3AlC2，具体方法为：称取3g Ti3AlC2粉末，在磁力搅拌下缓慢加入装有60ml 40％HF溶液的聚四氟乙烯烧杯中，少量多次，加入的时间持续半小时，以防溶液的温度过热，室温下反应时间持续48h。反应完后，将黑色悬浮液反复用去离子水离心，直至pH接近中性，然后放进烘箱中将样品进行干燥。
2、对步骤1得到的体相二碳化三钛进行剥层处理，剥离二碳化三钛具体方法如下：将二碳化三钛粉末溶解于100ml的DMSO溶液中，磁力搅拌时间持续24h，通过离心的方式再次得到固态二碳化三钛。称取0.1g上述固态二碳化三钛于100ml去离子水中，在氮气保护下超声6小时，得到二碳化三钛超薄纳米片溶液。
3、称取1g乙酸铜和1.8g葡萄糖溶解于78ml的去离子水中，再与2ml二碳化三钛超薄纳米片溶液均匀混合在一起，再转移到100ml聚四氟乙烯衬反应釜中。反应釜在90℃下老化5小时。将得到的悬浮液用去离子水离心数次，然后将沉淀物在60℃下在真空干燥箱中干燥过夜，即得到的氧化亚铜与二碳化三钛异质结复合材料，记为CuTi-2。
4、称取30mg CuTi-2于30ml的乙醇溶液当中，磁力搅拌成均匀的悬浮液，将溶液加进石英培养皿中，80℃条件下烘干成薄膜。
5、光催化反应主要是气固相条件下进行，使用配有石英窗的不锈钢反应器，反应器中加进装有CuTi-2薄膜的石英培养皿，将反应器抽成真空状态，再向其中充进0.01MPa的CO2/H2混合气，使用CEL-PE300-3A型氙灯进行光照，每隔1h抽取1ml的气体于气相色谱中，测定CO和CH4的含量。
实施例2
称取1g乙酸铜和1.8g葡萄糖溶解于75ml的去离子水中，再与5ml实施例1步骤2得到的二碳化三钛超薄纳米片溶液均匀混合在一起，其他步骤同实施例1，即得到的催化剂记为CuTi-5。
CuTi-5薄膜的制备同实施例1。
测试CuTi-5光还原CO2的催化性能同实施例1。
实施例3
称取1g乙酸铜和1.8g葡萄糖溶解于70ml的去离子水中，再与10ml二碳化三钛超薄纳米片溶液均匀混合在一起，其他步骤同实施例1，即得到的催化剂记为CuTi-10。
CuTi-10薄膜的制备同实施例1。
测试CuTi-10光还原CO2的催化性能同实施例1。
实施例4
称取1g乙酸铜和1.8g葡萄糖溶解于60ml的去离子水中，再与20ml二碳化三钛超薄纳米片溶液均匀混合在一起，其他步骤同实施例1，即得到的催化剂记为CuTi-20。
CuTi-20薄膜的制备同实施例1。
测试CuTi-20光还原CO2的催化性能同实施例1。
实施例5
称取1g乙酸铜和1.8g葡萄糖溶解于50ml的去离子水中，再与30ml二碳化三钛超薄纳米片溶液均匀混合在一起，其他步骤同实施例1，即得到的催化剂记为CuTi-30。
CuTi-30薄膜的制备同实施例1。
测试CuTi-30光还原CO2的催化性能同实施例1。
对比例1
称取1g乙酸铜和1.8g葡萄糖溶解于80ml的去离子水中，不加入二碳化三钛超薄纳米片溶液，其他反应条件同实施例1的步骤3，即得到的催化剂记为Cu2O。
Cu2O薄膜的制备同实施例1。
测试Cu2O光还原CO2的催化性能同实施例1。
Claims (6)
1.一种氧化亚铜与二碳化三钛异质结复合材料的制备方法，其特征在于，该方法为：通过HF刻蚀Ti3AlC2制备二碳化三钛；然后通过DMSO搅拌和超声的方式制备二碳化三钛纳米片，再在水热条件下原位生长Cu2O于二碳化三钛纳米片上得到氧化亚铜与二碳化三钛异质结复合材料。
2.一种氧化亚铜与二碳化三钛异质结复合材料的制备方法，其特征在于，该方法的具体步骤为：
1)将Ti3AlC2粉末溶解于HF溶液中，室温下反应12-60h，反应完成后，将黑色悬浮液反复用去离子水离心洗涤至中性，干燥12h得到二碳化三钛；
2)将步骤1)制备得到的二碳化三钛分散在DMSO中，磁力搅拌12-36h，离心后将沉淀再次分散到去离子水中，在氮气保护下超声4-10小时，得到二碳化三钛超薄纳米片分散液；
3)将乙酸铜和葡萄糖混合溶液与步骤2)得到的二碳化三钛超薄纳米片分散液混合均匀，于70-100℃下水热反应3-8小时，用去离子水离心洗涤，真空干燥，得到氧化亚铜与二碳化三钛异质结复合材料。
3.根据权利要求2所述的方法制备得到的氧化亚铜与二碳化三钛异质结复合材料作为催化剂光催化还原二氧化碳的应用。
4.一种氧化亚铜与二碳化三钛异质结复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：将权利要求2制备得到的氧化亚铜与二碳化三钛异质结复合材料溶解于乙醇中，搅拌均匀后加入到石英培养皿中，60-100℃条件下烘干成薄膜。
5.根据权利要求4所述的方法制备得到的氧化亚铜与二碳化三钛异质结复合薄膜作为催化剂光催化还原二氧化碳的应用。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述的光催化还原二氧化碳的反应条件为：光照条件下将二氧化碳和氢气混合气体冲入反应器中，氧化亚铜与二碳化三钛异质结复合薄膜作为催化剂进行反应。
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Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110841676A (zh) * | 2019-11-22 | 2020-02-28 | 陕西科技大学 | 一种碳化钛-氧化亚铜光催化材料及制备方法和应用 |
| CN111229318A (zh) * | 2020-04-02 | 2020-06-05 | 福州大学 | 一种超疏水性铜基原位复合催化剂及其制备方法与应用 |
| CN112226644A (zh) * | 2020-09-25 | 2021-01-15 | 河海大学 | 一种MXene增强铜基复合材料及其制备方法 |
| CN112933958A (zh) * | 2021-02-10 | 2021-06-11 | 广西大学 | 一种光催化二氧化碳还原的方法 |
| CN113176305A (zh) * | 2021-04-20 | 2021-07-27 | 西安交通大学 | 一种复合气敏材料及制备方法、乙醇气体传感器及制备方法 |
| CN113816455A (zh) * | 2021-10-19 | 2021-12-21 | 华东理工大学 | 一种基于二维二碳化三钛/二氧化钛异质结薄膜及其制备方法和应用 |
| CN113845695A (zh) * | 2021-10-12 | 2021-12-28 | 南京工业大学 | 一种三元纳米复合阻燃剂、阻燃环氧树脂及其制备方法 |
| CN114447348A (zh) * | 2022-01-28 | 2022-05-06 | 曲阜师范大学 | 一种金属/共价有机骨架化合物联合钛碳化铝的氧还原催化剂的制备方法 |
| CN114768805A (zh) * | 2022-01-12 | 2022-07-22 | 广州氢动科技有限公司 | 一种非贵金属Cu+基甲醇光热制氢催化剂制备用溶剂热合成装置以及制备方法 |
| CN115779939A (zh) * | 2022-12-05 | 2023-03-14 | 河南科技学院 | 稀土掺杂铋酸铜/MXene复合材料、制备方法及其在光催化固氮中的应用 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109569494A (zh) * | 2019-01-06 | 2019-04-05 | 王子韩 | 一种MXene-Ti3C2纳米片的制备方法及其应用 |
| CN109569495A (zh) * | 2019-01-18 | 2019-04-05 | 广西大学 | 高比表面积碳化钛材料及其制备方法 |
| CN109706478A (zh) * | 2019-01-25 | 2019-05-03 | 湘潭大学 | 氢气还原的薄层碳化钛负载光电解水用氧化亚铜光阴极材料及其制备方法 |
-
2019
- 2019-05-19 CN CN201910416152.2A patent/CN110152699A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109569494A (zh) * | 2019-01-06 | 2019-04-05 | 王子韩 | 一种MXene-Ti3C2纳米片的制备方法及其应用 |
| CN109569495A (zh) * | 2019-01-18 | 2019-04-05 | 广西大学 | 高比表面积碳化钛材料及其制备方法 |
| CN109706478A (zh) * | 2019-01-25 | 2019-05-03 | 湘潭大学 | 氢气还原的薄层碳化钛负载光电解水用氧化亚铜光阴极材料及其制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| YUPENG GAO ET AL.: "Preparation of MXene-Cu2O nanocomposite and effect on thermal decomposition of ammonium perchlorate", 《SOLID STATE SCIENCES》 * |
| ZHIPING ZENG ET AL.: "Boosting the Photocatalytic Ability of Cu2O Nanowires for CO2 Conversion by MXene Quantum Dots", 《ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS》 * |
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110841676A (zh) * | 2019-11-22 | 2020-02-28 | 陕西科技大学 | 一种碳化钛-氧化亚铜光催化材料及制备方法和应用 |
| CN111229318A (zh) * | 2020-04-02 | 2020-06-05 | 福州大学 | 一种超疏水性铜基原位复合催化剂及其制备方法与应用 |
| CN111229318B (zh) * | 2020-04-02 | 2022-11-11 | 福州大学 | 一种超疏水性铜基原位复合催化剂及其制备方法与应用 |
| CN112226644A (zh) * | 2020-09-25 | 2021-01-15 | 河海大学 | 一种MXene增强铜基复合材料及其制备方法 |
| CN112226644B (zh) * | 2020-09-25 | 2021-12-28 | 河海大学 | 一种MXene增强铜基复合材料及其制备方法 |
| CN112933958A (zh) * | 2021-02-10 | 2021-06-11 | 广西大学 | 一种光催化二氧化碳还原的方法 |
| CN113176305B (zh) * | 2021-04-20 | 2024-01-12 | 西安交通大学 | 一种复合气敏材料及制备方法、乙醇气体传感器及制备方法 |
| CN113176305A (zh) * | 2021-04-20 | 2021-07-27 | 西安交通大学 | 一种复合气敏材料及制备方法、乙醇气体传感器及制备方法 |
| CN113845695A (zh) * | 2021-10-12 | 2021-12-28 | 南京工业大学 | 一种三元纳米复合阻燃剂、阻燃环氧树脂及其制备方法 |
| CN113816455A (zh) * | 2021-10-19 | 2021-12-21 | 华东理工大学 | 一种基于二维二碳化三钛/二氧化钛异质结薄膜及其制备方法和应用 |
| CN114768805A (zh) * | 2022-01-12 | 2022-07-22 | 广州氢动科技有限公司 | 一种非贵金属Cu+基甲醇光热制氢催化剂制备用溶剂热合成装置以及制备方法 |
| CN114768805B (zh) * | 2022-01-12 | 2024-05-07 | 广州氢动科技有限公司 | 一种非贵金属Cu+基甲醇光热制氢催化剂制备用溶剂热合成装置以及制备方法 |
| CN114447348A (zh) * | 2022-01-28 | 2022-05-06 | 曲阜师范大学 | 一种金属/共价有机骨架化合物联合钛碳化铝的氧还原催化剂的制备方法 |
| CN114447348B (zh) * | 2022-01-28 | 2023-08-11 | 曲阜师范大学 | 一种金属/共价有机骨架化合物联合钛碳化铝的氧还原催化剂及其制备方法和应用 |
| CN115779939B (zh) * | 2022-12-05 | 2024-03-19 | 河南科技学院 | 稀土掺杂铋酸铜/MXene复合材料、制备方法及其在光催化固氮中的应用 |
| CN115779939A (zh) * | 2022-12-05 | 2023-03-14 | 河南科技学院 | 稀土掺杂铋酸铜/MXene复合材料、制备方法及其在光催化固氮中的应用 |
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