CN110368968A - NiFe-LDH/Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列及制法和应用 - Google Patents
NiFe-LDH/Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列及制法和应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种NiFe‑LDH/Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列及制法和应用。该制备方法包括：采用溶剂热法在导电基底上生长形貌规整的Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列；通过电化学沉积法在Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列表面沉积NiFe‑LDH，得到NiFe‑LDH/Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列。本发明的纳米片阵列可以作为光催化剂应用在光催化反应中，作为光电极应用于光电催化反应中或作为光电转化器件应用于光电器件、太阳能电池中，且催化效果好。
Description
技术领域
本发明涉及一种纳米片阵列的制备方法，尤其涉及一种NiFe-LDH/Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列的制备方法，属于材料制备技术领域。
背景技术
近几十年来，随着工业和经济的迅速发展，给人类带来了诸多便利，但同时也造成了严重的环境污染问题，其中水污染问题尤其严重。光催化技术是近几十年来迅速发展起来的一种绿色环保技术，可直接利用太阳能将有机污染物矿转化为水和二氧化碳。
Bi2WO6因无毒、稳定性高、活性位点多、可见光响应、廉价易得等优点得到广泛研究。Bi2WO6晶体由[Bi2O2]2+层和(WO4)2-层交替层叠构成，这种独特的层状结构有利于光催化过程中光生电荷的迁移，进而提高其光催化性能。与粉体Bi2WO6及颗粒组成的Bi2WO6薄膜相比，Bi2WO6纳米片阵列具有更高大的比表面积、更好的光捕获性能、更多的反应活性位点且易于回收循环再利用等优点，然而纯Bi2WO6材料较高的光生电子-空穴复合几率仍不能满足实际应用的要求，需要探索一种有效的改善方法来降低其光生电荷的复合几率。
目前主要通过贵金属沉积、量子点敏化、与其他半导体复合、表面修饰等方法来提高Bi2WO6的光催化效率。但这些改性方法基本只限于Bi2WO6粉体，对于Bi2WO6薄膜的研究很少，因此，构建接触紧密、稳定性良好和电荷分离能力优异的复合型 Bi2WO6薄膜的研究具有重要意义。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种具有较高光催化效率的复合型Bi2WO6纳米片阵列薄膜的制备方法，该制备方法得到的复合型Bi2WO6纳米片阵列薄膜的稳定性良好、电荷分离能力优异。
为了实现上述技术目的，本发明提供了一种NiFe-LDH/Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
将导电基底浸入到Ti3C2/Bi2WO6前驱体溶液中，进行溶剂热反应，在导电基底上生长形貌规整的Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列；
通过电化学沉积法在Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列上沉积NiFe-LDH，漂洗、自然氧化，得到NiFe-LDH/Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列。
本发明的NiFe-LDH/Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列的制备方法采用溶剂热法直接在导电基底上生长出形貌规整的Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列，然后通过电化学沉积法在纳米片阵列表面沉积NiFe-LDH，该方法制备的NiFe-LDH/Ti3C2/Bi2WO6三元复合纳米片阵列暴露了较大比例的{001}晶面，具有良好的光电催化降解性能。
通过本发明的制备方法得到的NiFe-LDH/Ti3C2/Bi2WO6三元复合纳米片阵列可作为光催化剂应用于光催化反应中，或作为光电转化器件应用于光电柔性器件、太阳能电池中，尤其在光电催化降解污染物中的应用。
本发明的制备方法包括制备Ti3C2粉末的步骤。其中，Ti3C2粉末是通过以下步骤制备得到的：
将Ti3AlC2粉末与HF溶液混合，室温下搅拌48h-96h，刻蚀去除Ti3AlC2中的Al 层得到Ti3C2；其中，Ti3AlC2粉末与HF的质量比为1：(5-30)；
离心洗涤后真空干燥，得到Ti3C2粉末。
在本发明的一具体实施方式中，制备Ti3C2粉末时，采用的HF溶液的浓度为40wt％-99wt％。
在本发明的一具体实施方式中，制备Ti3C2粉末时，离心洗涤的转速为 5000r/min-10000r/min；离心洗涤的次数为4次-8次；每次离心的时间为5min-30min。
在本发明的一具体实施方式中，制备Ti3C2粉末时，真空干燥的温度为50℃ -100℃；真空干燥的时间为12h-48h。
本发明的制备方法包括制备Ti3C2/Bi2WO6前驱体溶液的步骤。
其中，制备Ti3C2/Bi2WO6前驱体溶液时，包括以下步骤：
向PVP的乙二醇溶液中加入Na2WO4·2H2O，得到混合溶液一；其中，乙二醇的体积与PVP的质量比为(10-90)mL：(0.5-2.5)g；Na2WO4·2H2O与PVP的质量比为1： (1-5)；
向PVP的乙二醇溶液中加入Ti3C2粉末，再溶入Bi(NO3)3·5H2O，得到混合溶液二；其中，乙二醇的体积与PVP的质量比为(10-90)mL：(0.5-2.5)g；PVP、 Bi(NO3)3·5H2O、Ti3C2粉末的质量比为1：(1-5)：(0.009-0.04)；
将混合溶液一与混合溶液二混合，预反应50min-120min(比如70min)后，得到Ti3C2/Bi2WO6前驱体溶液。
在制备Ti3C2/Bi2WO6前驱体溶液时，制备混合溶液一和制备混合溶液二采用的PVP的乙二醇溶液的浓度是相同的。
在本发明的一具体实施方式中，制备Ti3C2/Bi2WO6前驱体溶液时，采用的PVP 的乙二醇溶液是通过水浴法制备得到的。
具体地，水浴法制备PVP的乙二醇溶液时的水浴温度为80℃-100℃。
在本发明的一具体实施方式中，制备Ti3C2/Bi2WO6前驱体溶液时，是将混合溶液一逐滴加入到混合溶液二中。
本发明的制备方法包括制备Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列光电极的步骤。其中，制备Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列光电极，具体包括以下步骤：
将导电基底浸入到Ti3C2/Bi2WO6前驱体溶液中，进行溶剂热反应，冷却、漂洗，在导电基底上生长形貌规整的Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列，得到Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列。该Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列可以作为一种光电极。
在本发明的一具体实施方式中，采用的导电基底包括ITO、FTO、碳布或硅片中的一种或两种以上的组合。
市售导电基底即可。对于导电基底的尺寸大小不做特别要求，可以由本领域技术人员根据实际需求进行选择。
在本发明的一具体实施方式中，导电基底通过超声清洗后浸入到Ti3C2/Bi2WO6溶液中。导电基底分别用丙酮、去离子水、无水乙醇超声清洗，超声时间为25min-40min。
在本发明的一具体实施方式中，制备Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列时，溶剂热反应的温度为160℃-200℃，溶剂热反应的时间为18h-32h。
在本发明的一具体实施方式中，制备Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列时，通过去离子水和无水乙醇进行漂洗。
本发明的制备方法包括通过电化学沉积法在Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列上沉积NiFe-LDH，得到NiFe-LDH/Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列的步骤。
在本发明的一具体实施方式中，电化学沉积法可以为三电极体系。其中，采用Ti3C2/Bi2WO6作为工作电极，铂丝作为对电极，Ag/AgCl作为参比电极。
在本发明的一具体实施方式中，电化学沉积法的沉积电压为为-1.0V，沉积时间为10s-90s。
在本发明的制备方法中，通过电化学沉积法在Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列上沉积NiFe-LDH时，是将Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列浸渍到NiFe-LDH前驱体溶液中。
层状双金属氢氧化物(Layered Double Hydroxide，LDH)是由正电荷层和可交换的层间阴离子组成的一类层状无机功能材料。
本发明的一具体实施方式中，制备NiFe-LDH前驱体溶液时，包括以下步骤：
将Ni(NO3)2·6H2O和FeSO4·7H2O溶解于水中，得到NiFe-LDH前驱体溶液；其中，Ni(NO3)2·6H2O的浓度为0.05mol/L-0.25mol/L；FeSO4·7H2O的浓度为 0.05mol/L-0.25mol/L。
在本发明的一具体实施方式中，制备NiFe-LDH前驱体溶液时，在N2氛围下进行，防止Fe2+被氧化。
本发明的NiFe-LDH/Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤一：将Ti3AlC2粉末与HF溶液混合，室温下搅拌刻蚀去除Ti3AlC2中的Al 层，得到Ti3C2；
步骤二：用去离子水离心洗涤后真空干燥，得到Ti3C2粉末；
步骤三：水浴法制备PVP的乙二醇溶液，再溶入Na2WO4·2H2O，得到混合溶液一；
步骤四：水浴法制备PVP的乙二醇溶液，将Ti3C2粉末分散在溶液中，再溶入 Bi(NO3)3·5H2O，得到混合溶液二；
步骤五：将混合溶液一与混合溶液二混合，预反应后，转移至高压反应釜中；
步骤六：将超声清洗后的导电基底浸入高压反应釜中，进行溶剂热反应，反应结束后冷却并通过去离子水和无水乙醇漂洗，得到长有Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列；
步骤七：将Ni(NO3)2·6H2O和FeSO4·7H2O溶于去离子水中，得到电解液；
步骤八：通过三电极体系利用电化学沉积法在Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列上沉积NiFe-LDH，通过去离子水漂洗并自然氧化，得到NiFe-LDH/Ti3C2/Bi2WO6三元复合纳米片阵列。
本发明的制备方法通过溶剂热合成Bi2WO6纳米片阵列同时复合Ti3C2，通过电化学沉积法复合NiFe-LDH，制备NiFe-LDH/Ti3C2/Bi2WO6三元复合纳米片阵列，可有效提高光生载流子的分离效率，同时提高{001}晶面的比例，进而提高Bi2WO6纳米片阵列的光催化活性；且NiFe-LDH、Ti3C2作为优异的电催化材料，可拓展Bi2WO6在光电催化方面的应用。
本发明还提供了一种NiFe-LDH/Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列，该 NiFe-LDH/Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列是通过本发明的制备方法制备得到的，该 NiFe-LDH/Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列的纳米片直径为100nm-150nm，该直径范围内的纳米片阵列，有利于光生载流子的迁移和分离，提高其光电催化性能。
相比于其他结构的Bi2WO6，本发明的Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列用于光电催化降解具有更好的效果，Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列可通过Ti3C2有效分离光生电子-空穴，此外可将光催化与电催化耦合，进一步提高对污染物的降解效率；Ti3C2/Bi2WO6纳米片结构具有较强的机械强度，与导电基底接触紧密，且在一定空间可提供较大的表面积；Ti3C2/Bi2WO6纳米片结构在某一维度上属于纳米量级，其二维结构对光生电子和空穴具有更好的传输性能，从而可以提高载流子迁移率。
本发明的NiFe-LDH/Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列可以作为光催化剂应用在光催化反应中，作为光电极应用于光电催化反应中或作为光电转化器件应用于光电器件、太阳能电池中。
本发明的NiFe-LDH/Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列尤其可以作为光催化剂进行光电催化降解双酚A溶液。具体包括如下步骤：
以NiFe-LDH/Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列作为光阳极，通过电化学工作站施加 0-2.5V的偏压对双酚A溶液进行光电催化降解。
在本发明的一具体实施方式中，以双酚A为目标污染物的溶液，初始浓度为 10mg/L，在黑暗条件下搅拌至物理吸附平衡后，以300W氙灯作为光源，用可见光(装 420nm的截止滤光片)照射光阳极，光照强度为100W/cm2，光源距离石英反应器 15cm；以NiFe-LDH/Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列为光阳极，通过电化学工作站施加 0-2.5V的偏压对双酚A溶液进行光电催化降解，双酚A溶液的浓度由高效液相色谱进行检测；在光电催化降解过程中，溶液处于不断磁力搅拌的状态下。
本发明的NiFe-LDH/Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列光催化剂具有很高的光电催化活性，与纯Bi2WO6纳米片阵列光相比，降解速率显著提高。
本发明的NiFe-LDH/Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列的制作工艺简单，重复性非常好，适合大批量开发生产。
本发明的制备方法制备的NiFe-LDH/Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列暴露了大比例的Bi2WO6{001}晶面，{001}晶面为氧化晶面，使Bi2WO6具有更高的光催化氧化性能；通过Ti3C2、NiFe-LDH修饰改性，有效促进了光生电子-空穴的分离和迁移，从而大大地提高了Bi2WO6的光催化性能；另外Ti3C2和NiFe-LDH作为优异的电催化材料，同时也大大地提高了Bi2WO6的光电催化性能。
本发明中Bi2WO6纳米片阵列相比于其他结构的Bi2WO6具有更好的光催化降解效果，Bi2WO6纳米片阵列光电极可将光催化与电催化进行耦合，从而提高对污染物的降解效率；纳米片结构具有较强的机械强度，与导电基底接触紧密，可提供较大的表面积；Bi2WO6纳米片结构在某一维度上仍属于纳米量级，其二维结构对光生电子和空穴具有更好的传输性能，从而可以提高载流子迁移率。
本发明的NiFe-LDH/Ti3C2/Bi2WO6三元复合纳米片阵列作为催化剂进行光电催化降解双酚A溶液，Ti3C2与NiFe-LDH修饰改性提高光生电荷的分离和利用效率；此外，通过外加偏压可进一步实现了电子还原过程与空穴氧化过程在空间上的分离，进一步提高光生载流子的利用效率，进而提高光催化效率。
附图说明
图1为实施例1制备的Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列的扫描电镜图。
图2为实施例1制备的NiFe-LDH/Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列的扫描电镜图。
图3为实施例1制备的NiFe-LDH/Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列与对比例1制备的 Bi2WO6纳米片阵列的紫外-可见漫反射光谱对比图。
图4为实施例1制备的NiFe-LDH/Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列作为光催化剂在实施例2的条件下的光电催化降解双酚A的降解曲线。
图5为实施例1制备的NiFe-LDH/Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列作为光催化剂在实施例3的条件下的光催化降解双酚A的降解曲线。
图6为对比例1制备的Bi2WO6纳米片阵列的扫描电镜图。
图7为对比例1制备的Bi2WO6纳米片阵列作为光催化剂在实施例2的条件下的光电催化降解双酚A的降解曲线。
图8为对比例1制备的Bi2WO6纳米片阵列作为光催化剂在实施例3的条件下的光催化降解双酚A降解曲线。
图9为实施例1制备的NiFe-LDH/Ti3C2/Bi2WO6三元复合纳米片阵列与对比例1 制备的Bi2WO6纳米片阵列作为光催化剂在实施例2和实施例3的条件下的降解双酚 A对比图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例1
本实施例提供了一种NiFe-LDH/Ti3C2/Bi2WO6三元复合纳米片阵列光电极，其制备方法具体包括以下步骤：
步骤一：将3g的Ti3AlC2粉末与40mL的40％HF溶液混合，在室温下搅拌72h，刻蚀去除Ti3AlC2中的Al层得到Ti3C2；
步骤二：用去离子水离心洗涤5次，转速10000r/min，每次15min。将离心处理后的Ti3C2放在60℃真空干燥箱中24h，得到最后的Ti3C2粉末样品；
步骤三：在小烧杯中加入20mL的乙二醇，放在95℃水浴中，待乙二醇温度达到95℃后，加入0.6g的PVP，磁搅拌至PVP完全溶解，然后加入0.3299g的 Na2WO4·2H2O，磁搅拌至完全溶解，得到混合溶液一；
步骤四：在小烧杯中加入20mL的乙二醇，放在95℃水浴中，待乙二醇温度达到95℃后，加入0.6g的PVP，磁搅拌至PVP完全溶解，然后加入Ti3C2粉末0.0093g，用保鲜膜封闭处理并磁搅拌使Ti3C2粉末充分分散均匀；之后再加入0.9701g的 Bi(NO3)3·5H2O，磁搅拌至完全溶解，得到混合溶液二；
步骤五：在不断磁搅拌下，将混合溶液一逐滴滴加至混合溶液二中，然后在95℃下封口处理并预反应60min，然后转移至50mL的高压反应釜中；
步骤六：选用大小为2cm×3cm的ITO作为Bi2WO6纳米片阵列的生长基底。将ITO依次在丙酮、去离子水、无水乙醇中超声清洗30min，用氮气吹干。然后将ITO 垂直浸入步骤六的反应釜中，180℃溶剂热反应24h，自然冷却至室温后，分别用去离子水和无水乙醇漂洗，得到长有Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列的光电极；
步骤七：在电解池中加入70mL去离子水，然后在N2气氛并不断搅拌下，分别加入0.15mol/L的Ni(NO3)2·6H2O和0.15mol/L的FeSO4·7H2O，得到电解液；
步骤八：电化学沉积NiFe-LDH采用三电极体系。Ti3C2/Bi2WO6光电极、铂丝、 Ag/AgCl电极分别作为工作电极、对电极和参比电极，沉积电压为-1.0V，沉积时间 30s。电化学沉积结束后将ITO取出，用去离子水漂洗，然后放置在空气中，使Fe2+自然氧化为Fe3+，得到NiFe-LDH/Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列。
对本实施例制备的Ti3C2/Bi2WO6和NiFe-LDH/Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列进行扫描电镜实验，实验结果如图1和图2所示，由图1和图2实验结果可以看出：该 Ti3C2/Bi2WO6和NiFe-LDH/Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列直径为100nm-150nm，形貌规整。
图3为本实施例制备的NiFe-LDH/Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列与对比例1制备的Bi2WO6纳米片阵列的紫外-可见漫反射光谱对比图。由图3可知：Bi2WO6纳米片阵列的光吸收边缘在425nm左右，而NiFe-LDH/Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列的光吸收边缘在450nm左右，拓宽了Bi2WO6对可见光的吸收。
实施例2
配制以双酚A为目标污染物的溶液，对催化剂进行光电催化降解活性的评价实验，该评价实验按照以下方式进行：
将长有NiFe-LDH/Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列作为光阳极，浸入初始浓度为10mg/L的双酚A溶液中，采用标准的三电极体系，通过电化学工作站对光阳极施加1.0V的偏压；
反应开始之前，在黑暗条件下搅拌一段时间，使光阳极对双酚A达到物理吸附平衡，然后开始进行反应。
以300W氙灯作为光源，用可见光(装420nm的截止滤光片)照射光阳极，光照强度为100W/cm2，降解过程中，每隔30min采样一次，避光保存；反应产物中的双酚A组分浓度通过高效液相色谱进行检测；反应过程中双酚A溶液一直处于搅拌状态下。
按照上述步骤，对实施例1制备的NiFe-LDH/Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列作为光催化剂进行活性评价，光电催化反应为拟一级反应，可通过ln(C/C0)＝kt进行拟合， C0为溶液初始浓度，C为取样时溶液的浓度，作ln(C/C0)随着反应时间t变化的数据点，拟合得到光电催化降解双酚A溶液的直线，此直线的斜率为光电催化降解反应的表观反应速率常数k，如图4所示。由图4中结果可知，当所加偏压为1.0V时， NiFe-LDH/Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列的光电催化降解速率常数k为0.00196min-1，其约为下述对比例1中Bi2WO6纳米片阵列k值的4.5倍。可以看出，本实施例提供的 NiFe-LDH/Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列具有很高的光电催化活性，与纯Bi2WO6纳米片阵列相比，降解速率显著提高。
实施例3
对实施例1制备的NiFe-LDH/Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列作为光催化剂进行活性评价，具体步骤与实施例2类似，但无外加偏压，得到光催化降解双酚A溶液的直线，如图5所示。由图5结果可知，NiFe-LDH/Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列的光降解速率常数k是0.000565min-1，其为下述对比例1中Bi2WO6纳米片阵列的10倍。可以看出，实施例1提供的NiFe-LDH/Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列具有很高的光催化活性，与纯 Bi2WO6纳米片阵列相比，降解速率显著提高。
对比例1
本对比例提供了一种Bi2WO6纳米片阵列，其制备方法具体包括以下步骤：
步骤一：在小烧杯中加入20mL的乙二醇，放在95℃水浴中，待乙二醇温度达到95℃后，加入0.6g的PVP，磁搅拌至PVP完全溶解，然后加入0.3299g的 Na2WO4·2H2O，磁搅拌至完全溶解，得到混合溶液一；
步骤二：在小烧杯中加入20mL的乙二醇，放在95℃水浴中，待乙二醇温度达到95℃后，加入0.6g的PVP，磁搅拌至PVP完全溶解，然后加入0.9701g的 Bi(NO3)3·5H2O，磁搅拌至完全溶解，得到混合溶液二；
步骤三：在不断磁搅拌的条件下，将混合溶液一逐滴滴加至混合溶液二中，在 95℃下封口处理并预反应60min，然后转移至50mL的高压反应釜中；
步骤四：选用大小为2cm×3cm的ITO作为Bi2WO6纳米片阵列的生长基底。将 ITO依次在丙酮、去离子水、无水乙醇中超声清洗30min，用氮气吹干。然后将ITO 垂直浸入步骤三的反应釜中，180℃溶剂热反应24h，自然冷却至室温后，分别用去离子水和无水乙醇漂洗，得到长有Bi2WO6纳米片阵列的光电极。
对本对比例制备的Bi2WO6纳米片阵列进行扫描电镜实验，实验结果如图6所示，由图6实验结果可以看出：该Bi2WO6纳米片阵列直径为150-200nm，形貌规整。
按照实施例2的评价方法，对对比例1制备的Bi2WO6纳米片阵列作为光催化剂进行评价，得到光电降解双酚A的曲线，如图7所示。由图7结果可知，当所加偏压为1.0V时，Bi2WO6纳米片阵列的光电降解速率常数是0.000438min-1。
按照实施例3的评价方法，将对比例1制备的Bi2WO6纳米片阵列作为光催化剂进行评价，得到光降解双酚A的曲线，如图8所示。由图8结果可知，Bi2WO6纳米片阵列的光催化降解速率常数是6.47×10-5min-1。
将实施例1制备的NiFe-LDH/Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列和对比例1制备的Bi2WO6纳米片阵列作为光催化剂进行光电催化降解和光催化降解双酚A对比，实验结果如图9所示。将相对应的表观反应速率常数列于表1，由表1可知：不论光催化降解或光电催化降解，NiFe-LDH/Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列的催化反应速率常数k均比 Bi2WO6纳米片阵列的催化反应速率常数k显著提高，这说明NiFe-LDH和Ti3C2的修饰可以有效提高Bi2WO6纳米片阵列的光催化及光电催化活性。
表1实施例1和对比例1的表观反应速率常数
| 光催化降解 | 光电催化降解 | |
| Bi<sub>2</sub>WO<sub>6</sub> | 6.47×10<sup>-5</sup>min<sup>-1</sup> | 0.000438min<sup>-1</sup> |
| NiFe-LDH/Ti<sub>3</sub>C<sub>2</sub>/Bi<sub>2</sub>WO<sub>6</sub> | 0.000565min<sup>-1</sup> | 0.00196min<sup>-1</sup> |
以上实施例说明，本发明的制备方法得到的NiFe-LDH/Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列的光电催化性能佳，而且价廉、高效、环境友好。
Claims (10)
1.一种NiFe-LDH/Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：
将导电基底浸入到Ti3C2/Bi2WO6前驱体溶液中，进行溶剂热反应，在导电基底上生长形貌规整的Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列；
通过电化学沉积法在Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列上沉积NiFe-LDH，漂洗、自然氧化，得到NiFe-LDH/Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，该方法还包括制备Ti3C2/Bi2WO6前驱体溶液的过程，制备Ti3C2/Bi2WO6前驱体溶液时，包括以下步骤：
向PVP的乙二醇溶液中加入Na2WO4·2H2O，得到混合溶液一；其中，乙二醇的体积与PVP的质量比为(10-90)mL：(0.5-2.5)g；Na2WO4·2H2O与PVP的质量比为1：(1-5)；
向PVP的乙二醇溶液中加入Ti3C2粉末，再溶入Bi(NO3)3·5H2O，得到混合溶液二；其中，乙二醇的体积与PVP的质量比为(10-90)mL：(0.5-2.5)g；PVP、Bi(NO3)3·5H2O、Ti3C2粉末的质量比为1：(1-5)：(0.009-0.04)；
将混合溶液一与混合溶液二混合，预反应50min-120min，得到Ti3C2/Bi2WO6前驱体溶液。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述PVP的乙二醇溶液是通过水浴法制备的，其中，水浴温度为80℃-100℃；
优选地，所述Ti3C2粉末是通过以下步骤制备得到的：
将Ti3AlC2粉末与HF溶液混合，室温下搅拌48h-96h刻蚀去除Ti3AlC2中的Al层得到Ti3C2；其中，Ti3AlC2粉末与HF的质量比为1：(5-30)；
离心洗涤后真空干燥，得到Ti3C2粉末。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述HF溶液的浓度为40wt％-99wt％；
优选地，离心洗涤的转速为5000r/min-10000r/min；离心洗涤的次数为4次-8次；每次离心的时间为5min-30min；
优选地，真空干燥的温度为50℃-100℃；真空干燥的时间为12h-48h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，导电基底包括ITO、FTO、碳布或硅片中的一种或两种以上的组合；
优选地，溶剂热反应的温度为160℃-200℃，溶剂热反应的时间为18h-32h。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，该方法还包括制备NiFe-LDH前驱体溶液的过程，制备NiFe-LDH前驱体溶液时，包括以下步骤：
将Ni(NO3)2·6H2O和FeSO4·7H2O溶于水中，得到NiFe-LDH前驱体溶液；其中，Ni(NO3)2·6H2O的浓度为0.05mol/L-0.25mol/L；FeSO4·7H2O的浓度为0.05mol/L-0.25mol/L；
优选地，制备NiFe-LDH前驱体溶液时，在N2氛围下进行。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，电化学沉积法中采用Ti3C2/Bi2WO6作为工作电极，铂丝作为对电极，Ag/AgCl作为参比电极；
优选地，沉积的电压为为-1.0V，沉积的时间为10s-90s。
8.一种NiFe-LDH/Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列，其特征在于，该NiFe-LDH/Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列是通过权利要求1-7任一项所述的制备方法制备得到的，该NiFe-LDH/Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列的纳米片直径为100nm-150nm。
9.权利要求8所述的NiFe-LDH/Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列的应用，其特征在于，该NiFe-LDH/Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列作为光催化剂应用在光催化反应中，作为光电极应用于光电催化反应中或作为光电转化器件应用于光电器件、太阳能电池中。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述NiFe-LDH/Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列作为光催化剂进行光电催化降解双酚A溶液时，具体包括如下步骤：
以NiFe-LDH/Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列作为光阳极，通过电化学工作站施加0-2.5V的偏压对双酚A溶液进行光电催化降解。
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