CN111632614B - 三维花瓣状NiAl-LDH/Ti3C2复合光催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents
三维花瓣状NiAl-LDH/Ti3C2复合光催化剂及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111632614B CN111632614B CN202010391672.5A CN202010391672A CN111632614B CN 111632614 B CN111632614 B CN 111632614B CN 202010391672 A CN202010391672 A CN 202010391672A CN 111632614 B CN111632614 B CN 111632614B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ldh
- nial
- composite photocatalyst
- dimensional
- nickel nitrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 63
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 title claims abstract description 53
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims abstract description 21
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 20
- KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N nickel(ii) nitrate Chemical compound [Ni+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 16
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 8
- DDFHBQSCUXNBSA-UHFFFAOYSA-N 5-(5-carboxythiophen-2-yl)thiophene-2-carboxylic acid Chemical compound S1C(C(=O)O)=CC=C1C1=CC=C(C(O)=O)S1 DDFHBQSCUXNBSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims abstract description 7
- BNGXYYYYKUGPPF-UHFFFAOYSA-M (3-methylphenyl)methyl-triphenylphosphanium;chloride Chemical compound [Cl-].CC1=CC=CC(C[P+](C=2C=CC=CC=2)(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC=CC=2)=C1 BNGXYYYYKUGPPF-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 claims description 27
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 18
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 18
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims description 10
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 8
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 claims description 8
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 8
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims description 7
- 239000003403 water pollutant Substances 0.000 claims description 4
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 3
- 238000013033 photocatalytic degradation reaction Methods 0.000 claims description 3
- JLDSOYXADOWAKB-UHFFFAOYSA-N aluminium nitrate Chemical compound [Al+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O JLDSOYXADOWAKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 6
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 abstract description 3
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 abstract description 3
- 238000003911 water pollution Methods 0.000 abstract description 2
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 description 11
- XMEVHPAGJVLHIG-FMZCEJRJSA-N chembl454950 Chemical compound [Cl-].C1=CC=C2[C@](O)(C)[C@H]3C[C@H]4[C@H]([NH+](C)C)C(O)=C(C(N)=O)C(=O)[C@@]4(O)C(O)=C3C(=O)C2=C1O XMEVHPAGJVLHIG-FMZCEJRJSA-N 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 229960004989 tetracycline hydrochloride Drugs 0.000 description 8
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 7
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 7
- IHCCLXNEEPMSIO-UHFFFAOYSA-N 2-[4-[2-(2,3-dihydro-1H-inden-2-ylamino)pyrimidin-5-yl]piperidin-1-yl]-1-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)ethanone Chemical compound C1C(CC2=CC=CC=C12)NC1=NC=C(C=N1)C1CCN(CC1)CC(=O)N1CC2=C(CC1)NN=N2 IHCCLXNEEPMSIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910017855 NH 4 F Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 5
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 5
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 4
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000003115 biocidal effect Effects 0.000 description 3
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 2
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 2
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 2
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 2
- SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N silver(1+) nitrate Chemical compound [Ag+].[O-]N(=O)=O SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- NIPNSKYNPDTRPC-UHFFFAOYSA-N N-[2-oxo-2-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)ethyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 NIPNSKYNPDTRPC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000943 NiAl Inorganic materials 0.000 description 1
- NPXOKRUENSOPAO-UHFFFAOYSA-N Raney nickel Chemical compound [Al].[Ni] NPXOKRUENSOPAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000004332 deodorization Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013032 photocatalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 229910001961 silver nitrate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
- B01J27/20—Carbon compounds
- B01J27/22—Carbides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/39—Photocatalytic properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/40—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by dimensions, e.g. grain size
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/50—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their shape or configuration
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/60—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
- B01J35/61—Surface area
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/08—Heat treatment
- B01J37/10—Heat treatment in the presence of water, e.g. steam
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/34—Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation
- B01J37/341—Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation making use of electric or magnetic fields, wave energy or particle radiation
- B01J37/343—Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation making use of electric or magnetic fields, wave energy or particle radiation of ultrasonic wave energy
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/40—Carbon monoxide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/30—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2305/00—Use of specific compounds during water treatment
- C02F2305/10—Photocatalysts
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明公开了一种三维花瓣状NiAl‑LDH/Ti3C2复合光催化剂及其制备方法和应用，该光催化剂由NiAl‑LDH和Ti3C2纳米片共同构成，其中，NiAl‑LDH构成3 D结构骨架，2D Ti3C2纳米片原位负载于3 D NiAl‑LDH片层表面，形成3D花瓣状分级结构；其步骤为：将经过超声分散的二维金属碳化物悬浮液逐滴加入到硝酸镍、硝酸铝、氟化铵和尿素的去离子水溶液中，搅拌后转移至高压釜中进行高温水热反应，得到尺度介于3‑7μm的催化剂。本发明的复合光催化剂具有较高的比表面积、光子吸收利用率和光生电子、空穴分离效率，可应用于水污染和温室气体治理。
Description
技术领域
本发明属于环境光催化技术领域，具体涉及一种三维花瓣状NiAl-LDH/Ti3C2复合光催化剂及其在水污染、温室气体治理中的应用。
背景技术
近年来，光催化技术得到了长足的发展，人们研究的传统光催化技术在水污染物降解、自清洁、抗菌除臭等方面取得了显著进展，并且已经有了一定的规模化实用案例，证明光催化技术在环境污染治理领域具有巨大潜力和广阔前景。同时，一部分研究者把目光投向了光催化材料的另一个重要应用方向，利用绿色可再生的太阳能，通过催化反应将CO2这种温室气体转化成甲烷、甲醇、乙醇等可利用的碳氢燃料，实现CO2的资源化，这样既能解决温室效应的问题，又能为缓解能源危机提供策略。因此，发展光催化技术，开发新型高效光催化材料，对人类社会的可持续发展具有重要意义。在光催化技术和材料迅猛发展的过程中，一种层状双金属氢氧化物二维材料(LDHs)因其制备工艺简单、易于调控设计、具有可见光响应性等优势获得了广泛关注，迅速成为光催化热点材料。然而，常规LDHs存在光生电子空穴对易于复合的问题，导致其实际氧化、还原能力不足，光催化活性较低。通过对LDHs进行尺寸形貌调整提高光子吸收利用率，或者与其它半导体复合制备异质结，加速电子传导，提高电子空穴分离效率，都是改善LDHs光催化性能的有效-途径之一。
专利CN108554439A公开了一种Ti基LDHs复合光催化剂及其在光还原CO2中的应用，该催化剂由超薄LDHs纳米片与具有可见光相应能力的半导体共同组成，在可见光激发下可将CO2转化为CO和CH4。然而，该复合材料没有提及LDHs材料的半导体性能，需要加入其它具有可见光吸收能力的载体。专利CN107899590B公开了一种金属Ag纳米颗粒沉积NiCo-LDH复合光催化剂及其在降解四环素中的应用，该催化剂首先通过水浴加热法制备NiCo-LDH，再以紫外光照射还原硝酸银，将Ag纳米颗粒沉积于NiCo-LDH表面制备而成，适量Ag的负载有效提升了单纯NiCo-LDH的光催化活性，但该复合材料需要使用到贵金属，且Ag主要以微小颗粒形式分布于NiCo-LDH表面，用于载流子分离的异质结界面比例不高。
发明内容
本发明的目的是提供一种NiAl-LDH/Ti3C2复合光催化剂及其制备方法和应用，该复合材料采用经过超声剥离的2DTi3C2悬浮液与硝酸镍、硝酸铝、氟化铵和尿素的水溶液混合，通过高温水热反应制备而成。该复合光催化剂具有较高的比表面积和良好的可见光响应性，可应用于水体污染物的光催化降解和CO2资源化转化。
实现本发明目的的技术解决方案是：一种NiAl-LDH/Ti3C2复合光催化剂，该光催化剂由NiAl-LDH（NiAl层状双金属氢氧化物）和Ti3C2纳米片共同构成，其中，NiAl-LDH构成3 D（维）结构骨架，2D Ti3C2纳米片原位负载于3 D NiAl-LDH片层表面，形成3D花瓣状分级结构。
较佳的，该复合光催化剂的尺度为3-7μm。
上述NiAl-LDH/Ti3C2复合光催化剂的制备方法，具体步骤为：
步骤a)，将金属碳化物Ti3C2分散于去离子水中，超声处理1～3h，离心并取上清液得到二维Ti3C2悬浮液；
步骤b)，将一定量硝酸镍和硝酸铝溶解在去离子水中，然后加入氟化铵和尿素搅拌溶解，得到均匀的混合前驱体溶液；
步骤c)，将步骤a）得到的二维Ti3C2悬浮液在剧烈搅拌下逐滴加入到步骤b）混合前驱体溶液中，在室温下搅拌0.5～1h，然后将所得混合溶液于120±10℃下水热反应18～24h，自然冷却至室温，离心分离，洗涤，真空干燥，得到三维花瓣状NiAl-LDH/Ti3C2复合光催化剂。
进一步的，步骤a）中，二维Ti3C2悬浮液的质量浓度为15 mg/mL。
进一步的，步骤b）中，硝酸镍在混合前驱体溶液中的摩尔浓度为0.05～0.1 mol/L，硝酸铝与硝酸镍的摩尔比为1：3，氟化铵与硝酸镍的摩尔比为5：1～10：1，尿素与硝酸镍的摩尔比为10：1～15：1。
进一步的，步骤c）中，Ti3C2与硝酸镍的质量比为1：2～1：5，真空干燥温度和时间分别为60℃和6～12h。
本发明还提供了上述NiAl-LDH/Ti3C2复合光催化剂在水体污染物的光催化降解中的应用。
本发明还提供了上述NiAl-LDH/Ti3C2复合光催化剂在光催化CO2中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）本发明制备的NiAl-LDH/Ti3C2复合光催化剂具有3D分级结构，NiAl-LDH骨架在提高材料比表面积的同时，增加了光子的反射吸收率。同时，片状结构的Ti3C2分布在骨架外表面，能够提供更多的光量子散射通道，加强整个体系的光子利用能力。
（2）Ti3C2原位负载于水热生成的NiAl-LDH表面，形成紧密结合的异质结，界面占比大，具有更多的电荷迁移、分离界面，极大提高光生电子-空穴对的分离能力，从而提高光催化反应的量子效率。
（3）NiAl-LDH/Ti3C2复合光催化剂粒径均匀，分散性好，具有较大的比表面积和表面活性位点暴露，材料的吸附、传质能力得到增强，催化反应物的转换效率得到提高。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为实施例1所得3D分级结构NiAl-LDH/Ti3C2复合光催化剂的光催化CO2还原应用效率。
图2为实施例2所得3D分级结构NiAl-LDH/Ti3C2复合光催化剂的光催化CO2还原应用效率。
图3为实施例3所得3D分级结构NiAl-LDH/Ti3C2复合光催化剂在盐酸四环素模拟污水中的治理应用效率。
图4为本发明所述的3D分级结构NiAl-LDH/Ti3C2复合光催化剂的制备流程图。
图5为实施例4所得3D分级结构NiAl-LDH/Ti3C2复合光催化剂的XRD衍射图。
图6为实施例4所得3D分级结构NiAl-LDH/Ti3C2复合光催化剂的SEM和EDS-mapping照片。
图7为对比例1所得复合材料的SEM照片。
图8为实施例4所得3D分级结构NiAl-LDH/Ti3C2复合光催化剂的UV-DRS光谱图。
图9为实施例4所得3D分级结构NiAl-LDH/Ti3C2复合光催化剂的光催化CO2还原应用效率。
图10为实施例4所得3D分级结构NiAl-LDH/Ti3C2复合光催化剂在盐酸四环素模拟污水中的治理应用效率。
具体实施方式
下面的实施例可以使本专业技术人员更全面地理解本发明。
本发明的3D分级结构NiAl-LDH/Ti3C2复合光催化剂，具有独特的花瓣状分级结构，较大的比表面积有助于反应物的吸附，较多的光子传输反射路径有利于可见光的高效吸收和利用。半金属性Ti3C2纳米片和NiAl-LDH纳米片能够形成紧密接触的异质结，界面占比大，有利于实现光生载流子的快速迁移，提升电子-空穴对的分离效率，提高光催化转换效率。因此，与单纯的NiAl-LDH相比，NiAl-LDH/Ti3C2具有更好的光催化性能和更高的量子效率。本发明所述的3D分级结构NiAl-LDH/Ti3C2复合光催化剂的制备流程图如图1所示。
实施例1
结合图4，本实施例制备的3D分级结构NiAl-LDH/Ti3C2复合光催化剂的步骤如下：将1 g Ti3C2分散于100 ml去离子水中，超声处理3h，离心并取上清液得到均匀分散的二维Ti3C2悬浮液。将0.87 g Ni(NO3)2·6H2O(0.003 mol)和0.375 g Al(NO3)3·9H2O(0.001mol)加入20 ml去离子水中，然后加入0.592 gNH4F(0.016 mol)和1.8 g尿素(0.03 mol)，搅拌溶解，得到均匀的混合前驱体溶液。取40 mlTi3C2悬浮液逐滴加入到剧烈搅拌的混合前驱体溶液中，并补加去离子水至70 ml，室温搅拌1h后转移到不锈钢水热反应釜中(100ml)，在120℃下水热反应24h。自然冷却至室温，离心分离，洗涤，60℃下真空干燥8h，得到三维花瓣状分级结构NiAl-LDH/Ti3C2复合光催化剂。
图1为三维分级结构NiAl-LDH/Ti3C2用于模拟抗生素(盐酸四环素)污水的光催化处理效果，实验采用300W氙灯作为光源。从图1可以看到，三维分级结构NiAl-LDH/Ti3C2复合光催化剂，20 min降解效率就能达到12%左右，而在120 min照射后，盐酸四环素的降解效率可达50%，复合材料具有良好的光催化活性。
实施例2
结合图4，本实施例制备的3D分级结构NiAl-LDH/Ti3C2复合光催化剂的步骤如下：将1 g Ti3C2分散于100 ml去离子水中，超声处理3h，离心并取上清液得到均匀分散的二维Ti3C2悬浮液。将0.87 g Ni(NO3)2·6H2O(0.003 mol)和0.375 g Al(NO3)3·9H2O(0.001mol)加入20 ml去离子水中，然后加入1.11 gNH4F(0.03 mol)和2.4 g尿素(0.04 mol)，搅拌溶解，得到均匀的混合前驱体溶液。取40 mlTi3C2悬浮液逐滴加入到剧烈搅拌的混合前驱体溶液中，并补加去离子水至70 ml，室温搅拌1h后转移到不锈钢水热反应釜中(100 ml)，在120℃下水热反应24h。自然冷却至室温，离心分离，洗涤，60℃下真空干燥8h，得到三维花瓣状分级结构NiAl-LDH/Ti3C2复合光催化剂。
图2为三维分级结构NiAl-LDH/Ti3C2复合光催化剂的光催化CO2还原性能表征，实验采用300W氙灯作为光源。从图2可以看到，NiAl-LDH/Ti3C2异质结具有较好的催化活性，经6个小时光照，CO产量达到48.81 μmol g-1。
实施例3
结合图4，本实施例制备的3D分级结构NiAl-LDH/Ti3C2复合光催化剂的步骤如下：将1 g Ti3C2分散于100 ml去离子水中，超声处理2h，离心并取上清液得到均匀分散的二维Ti3C2悬浮液。将0.87 g Ni(NO3)2·6H2O(0.003 mol)和0.375 g Al(NO3)3·9H2O(0.001mol)加入20 ml去离子水中，然后加入1.11 gNH4F(0.03 mol)和2.4 g尿素(0.04 mol)，搅拌溶解，得到均匀的混合前驱体溶液。取20 mlTi3C2悬浮液逐滴加入到剧烈搅拌的混合前驱体溶液中，并补加去离子水至70 ml，室温搅拌1h后转移到不锈钢水热反应釜中(100 ml)，在120℃下水热反应18h。自然冷却至室温，离心分离，洗涤，60℃下真空干燥12h，得到三维花瓣状分级结构NiAl-LDH/Ti3C2复合光催化剂。
图3为三维分级结构NiAl-LDH/Ti3C2用于模拟抗生素(盐酸四环素)污水的光催化处理效果，实验采用300W氙灯作为光源。从图3可以看到，三维分级结构NiAl-LDH/Ti3C2复合光催化剂，20 min降解效率就能达到14%左右，而在120 min照射后，盐酸四环素的降解效率可达65%，复合材料具有良好的光催化活性。
实施例4
结合图4，本实施例制备的3D分级结构NiAl-LDH/Ti3C2复合光催化剂的步骤如下：将1 g Ti3C2分散于100 ml去离子水中，超声处理3h，离心并取上清液得到均匀分散的二维Ti3C2悬浮液。将0.87 g Ni(NO3)2·6H2O(0.003 mol)和0.375 g Al(NO3)3·9H2O(0.001mol)加入20 ml去离子水中，然后加入0.592 gNH4F(0.016 mol)和2.4 g尿素(0.04 mol)，搅拌溶解，得到均匀的混合前驱体溶液。取30 mlTi3C2悬浮液逐滴加入到剧烈搅拌的混合前驱体溶液中，并补加去离子水至70 ml，室温搅拌1h后转移到不锈钢水热反应釜中(100ml)，在120℃下水热反应24h。自然冷却至室温，离心分离，洗涤，60℃下真空干燥10 h，得到三维花瓣状分级结构NiAl-LDH/Ti3C2复合光催化剂。
图5为单纯NiAl-LDH与三维分级结构NiAl-LDH/Ti3C2复合光催化剂的XRD谱图，图中11.3°、22.8°、34.6°、39.0°、46.2°、60.2°和61.5°分别对应于NiAl-LDH的(003)、(006)、(102)、(015)、(018)、(110)和(113)晶面。Ti3C2的衍射谱与其标准卡片一致。对于NiAl-LDH/Ti3C2复合光催化剂，可以看到部分Ti3C2的衍射特征，证明Ti3C2成功与NiAl-LDH进行了复合。
图6为NiAl-LDH/Ti3C2复合光催化剂的SEM和EDS-mapping照片，如图所示，复合体系呈现出花瓣状3D分级结构，粒径介于3-7μm。从元素分布可以看到，复合材料由Ni、Al、Ti三种元素组成，从而进一步证明了MXene与NiAl-LDH的复合。
图7为三维分级结构NiAl-LDH/Ti3C2复合光催化剂的UV-DRS谱图。从图7可以看出，单纯Ti3C2仅在200 nm左右处有一个较弱的吸收峰，而纯NiAl-LDH在紫外光和可见光区域主要有三个吸收带，分别位于200～300 nm、300～500 nm和600～800 nm。复合后，NiAl-LDH/Ti3C2的出峰位置与纯NiAl-LDH相似，但吸收强度减弱。
图8为三维分级结构NiAl-LDH/Ti3C2复合光催化剂的光催化CO2还原性能表征，实验采用300W氙灯作为光源。从图8可以看到，NiAl-LDH/Ti3C2异质结具有较好的催化活性，经6个小时光照，CO产量达到70.95 μmol g-1。
图9为三维分级结构NiAl-LDH/Ti3C2用于模拟抗生素(盐酸四环素)污水的光催化处理效果，实验采用300W氙灯作为光源。从图9可以看到，三维分级结构NiAl-LDH/Ti3C2复合光催化剂，20 min降解效率就能达到24%左右，而在120 min照射后，盐酸四环素的降解效率可达69%，复合材料具有较高的光催化活性。
对比例1
将1 g Ti3C2分散于100 ml去离子水中，超声处理3h，离心并取上清液得到均匀分散的二维Ti3C2悬浮液。将0.87 g Ni(NO3)2·6H2O(0.003 mol)和0.375 g Al(NO3)3·9H2O(0.001 mol)加入20 ml去离子水中，然后加入0.592 gNH4F(0.016 mol)和2.4 g尿素(0.04mol)，搅拌溶解，得到均匀的混合前驱体溶液。取50 mlTi3C2悬浮液逐滴加入到剧烈搅拌的混合前驱体溶液中，室温搅拌1h后转移到不锈钢水热反应釜中(100 ml)，在120℃下水热反应24h。自然冷却至室温，离心分离，洗涤，60℃下真空干燥10 h，得到NiAl-LDH/Ti3C2复合光催化剂。其中Ti3C2并没有均匀分散在NiAl-LDH骨架上，而是产生大量分相的絮状团聚体。
图10为对比例1所得复合材料的SEM照片，其尺寸较大，出现大量分相团聚体。
Claims (9)
1.一种NiAl-LDH/Ti3C2复合光催化剂，其特征在于，该光催化剂由NiAl-LDH和Ti3C2纳米片共同构成，其中，NiAl-LDH构成3 D结构骨架，2D Ti3C2纳米片原位负载于3 D NiAl-LDH片层表面，形成3D花瓣状分级结构；
由如下步骤制备：
步骤a)，将金属碳化物Ti3C2分散于去离子水中，超声处理1～3h，离心并取上清液得到二维Ti3C2悬浮液；
步骤b)，将一定量硝酸镍和硝酸铝溶解在去离子水中，然后加入氟化铵和尿素搅拌溶解，得到均匀的混合前驱体溶液；
步骤c)，将步骤a）得到的二维Ti3C2悬浮液在剧烈搅拌下逐滴加入到步骤b）混合前驱体溶液中，在室温下搅拌0.5～1h，然后将所得混合溶液于120±10℃下水热反应18～24h，自然冷却至室温，离心分离，洗涤，真空干燥，得到所述复合光催化剂。
2.如权利要求1所述的复合光催化剂，其特征在于，该复合光催化剂的尺度为3-7μm。
3.如权利要求1或2所述的复合光催化剂的制备方法，其特征在于，具体步骤为：
步骤a)，将金属碳化物Ti3C2分散于去离子水中，超声处理1～3h，离心并取上清液得到二维Ti3C2悬浮液；
步骤b)，将一定量硝酸镍和硝酸铝溶解在去离子水中，然后加入氟化铵和尿素搅拌溶解，得到均匀的混合前驱体溶液；
步骤c)，将步骤a）得到的二维Ti3C2悬浮液在剧烈搅拌下逐滴加入到步骤b）混合前驱体溶液中，在室温下搅拌0.5～1h，然后将所得混合溶液于120±10℃下水热反应18～24h，自然冷却至室温，离心分离，洗涤，真空干燥，得到所述复合光催化剂。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤a）中，二维Ti3C2悬浮液的质量浓度为15mg/mL。
5. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤b）中，硝酸镍在混合前驱体溶液中的摩尔浓度为0.05～0.1 mol/L，硝酸铝与硝酸镍的摩尔比为1：3，氟化铵与硝酸镍的摩尔比为5：1～10：1，尿素与硝酸镍的摩尔比为10：1～15：1。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，Ti3C2与硝酸镍的质量比为1：2～1：5。
7.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤c）中，真空干燥温度和时间分别为60℃和6～12h。
8.如权利要求1或2所述的复合光催化剂在水体污染物的光催化降解中的应用。
9.如权利要求1或2所述的复合光催化剂在光催化CO2中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010391672.5A CN111632614B (zh) | 2020-05-11 | 2020-05-11 | 三维花瓣状NiAl-LDH/Ti3C2复合光催化剂及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010391672.5A CN111632614B (zh) | 2020-05-11 | 2020-05-11 | 三维花瓣状NiAl-LDH/Ti3C2复合光催化剂及其制备方法和应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111632614A CN111632614A (zh) | 2020-09-08 |
| CN111632614B true CN111632614B (zh) | 2023-05-26 |
Family
ID=72322994
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010391672.5A Active CN111632614B (zh) | 2020-05-11 | 2020-05-11 | 三维花瓣状NiAl-LDH/Ti3C2复合光催化剂及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111632614B (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112958096B (zh) * | 2021-02-04 | 2023-06-23 | 常州大学 | 花球状镍铝水滑石/二氧化钛原位生长在片状二碳化三钛复合光催化剂的制备方法及应用 |
| CN113115580B (zh) * | 2021-03-31 | 2022-05-27 | 海南大学 | 一种原子层沉积辅助制备ldh/碳复合材料的方法及所得产品和应用 |
| CN113198478B (zh) * | 2021-05-06 | 2022-07-12 | 福州大学 | 一种MXene/镍铝层状双金属氢氧化物复合材料的制备方法及应用 |
| CN113588751B (zh) * | 2021-07-28 | 2024-01-26 | 青岛科技大学 | MXene@CoAl-LDH纳米复合膜修饰电极及其制备方法和检测农药的应用 |
| CN114054030A (zh) * | 2021-11-01 | 2022-02-18 | 南昌航空大学 | 一种二维镍铝ldh复合材料的制备方法及其在光催化降解抗生素中的应用 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018034081A (ja) * | 2016-08-29 | 2018-03-08 | 国立大学法人九州大学 | ペーパー状触媒およびその製造方法、ペーパー状触媒配列体並びに炭化水素の改質方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106622318B (zh) * | 2016-11-08 | 2019-04-02 | 河南理工大学 | 一种以双金属纳米粒子为异质结的层状复合光催化剂及其制备方法 |
| CN109701572B (zh) * | 2019-01-24 | 2022-04-05 | 辽宁大学 | FeCo/MXene复合物及其制备方法和应用 |
| CN110075890A (zh) * | 2019-06-06 | 2019-08-02 | 辽宁大学 | 一种双金属层状氢氧化物螯合Ti3C2复合物及其制备方法和应用 |
| CN110368968B (zh) * | 2019-07-15 | 2020-10-13 | 中国石油大学(北京) | NiFe-LDH/Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列及制法和应用 |
| CN110665527B (zh) * | 2019-09-29 | 2022-09-27 | 南京理工大学 | 海胆状g-C3N4/NiAl-LDH半导体异质结的制备方法 |
-
2020
- 2020-05-11 CN CN202010391672.5A patent/CN111632614B/zh active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018034081A (ja) * | 2016-08-29 | 2018-03-08 | 国立大学法人九州大学 | ペーパー状触媒およびその製造方法、ペーパー状触媒配列体並びに炭化水素の改質方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111632614A (zh) | 2020-09-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111632614B (zh) | 三维花瓣状NiAl-LDH/Ti3C2复合光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN109012731B (zh) | 海胆状CoZnAl-LDH/RGO/g-C3N4Z型异质结及其制备方法和应用 | |
| CN109289895B (zh) | 一种多孔网状g-C3N4负载TiO2复合纳米材料的制备方法 | |
| CN102671683B (zh) | 一种纳米片自组装C掺杂(BiO)2CO3微球可见光催化剂的制备方法 | |
| WO2021212923A1 (zh) | 负载于泡沫镍表面的 p-n 异质结复合材料及其制备方法与应用 | |
| CN110237834B (zh) | 一种碳量子点/氧化锌可见光催化剂的制备方法 | |
| CN110102312B (zh) | 一种一维氧化亚铜/银/氧化锌纳米棒光催化复合材料及其制备方法与应用 | |
| CN108246241A (zh) | 一种由螺旋状g-C3N4/ZnO复合纳米棒组装的海胆型超结构材料 | |
| CN114985011B (zh) | 一种TiO2/MXene/MOFs光催化材料及其制备方法 | |
| CN110961133A (zh) | 非金属BCN/g-C3N4范德华异质结光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN112439416A (zh) | 一种高分散铜负载二氧化钛纳米片的制备方法及其应用 | |
| CN113499781A (zh) | 一种Z型CdIn2S4/NiCr-LDH异质结光催化剂及其制备方法和应用 | |
| Dai et al. | Carbon-based titanium dioxide materials for hydrogen production in water-methanol reforming: A review | |
| CN114768843A (zh) | 一种co2还原-生物质氧化耦合反应用光催化剂及其制备方法 | |
| CN111203234A (zh) | 一种CdIn2S4纳米块/SnIn4S8片状堆集结构双功能复合光催化剂的制备方法 | |
| CN112495411B (zh) | 一种氮化碳纳米片负载钒酸铟量子点光催化剂及其制备和应用 | |
| CN113441145A (zh) | 一种钛酸钡/羟基氧化铁光催化剂的制备方法 | |
| CN110038641B (zh) | 钒酸铋/铬卟啉/石墨烯量子点二维复合z型光催化材料、制备方法及应用 | |
| CN115090318B (zh) | 一种高比表面积分子间异质结氮化碳光催化剂的制备方法及其应用 | |
| CN111807336B (zh) | 一种兼具光催化和光热转换性能的非晶氧化钼纳米点/二维氮化碳纳米片及其制备方法 | |
| CN113559856B (zh) | 一种钛酸钡/碘酸银异质结光催化剂的制备方法 | |
| CN112892572B (zh) | 一种Au-PCN-CNT复合材料及其制备方法与应用 | |
| CN110479336B (zh) | 一种Bi5O7Br/薄层Ti3C2复合型光催化剂的制备方法及其应用 | |
| CN110075879B (zh) | 碳包覆四氧化三铁磁性微球修饰碘氧化铋复合光催化材料及其制备方法与应用 | |
| CN114762829A (zh) | 一种z型异质结光催化材料的简易制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |