CN115337944A - 一种Ti3C2/In4SnS8复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents
一种Ti3C2/In4SnS8复合材料及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115337944A CN115337944A CN202210993219.0A CN202210993219A CN115337944A CN 115337944 A CN115337944 A CN 115337944A CN 202210993219 A CN202210993219 A CN 202210993219A CN 115337944 A CN115337944 A CN 115337944A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sns
- composite material
- preparation
- cysteine
- nanosheet
- 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.)
- Pending
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 78
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims description 19
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 claims abstract description 43
- XUJNEKJLAYXESH-REOHCLBHSA-N L-Cysteine Chemical compound SC[C@H](N)C(O)=O XUJNEKJLAYXESH-REOHCLBHSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims abstract description 20
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000004201 L-cysteine Substances 0.000 claims abstract description 10
- 235000013878 L-cysteine Nutrition 0.000 claims abstract description 10
- UKCIUOYPDVLQFW-UHFFFAOYSA-K indium(3+);trichloride;tetrahydrate Chemical compound O.O.O.O.Cl[In](Cl)Cl UKCIUOYPDVLQFW-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims abstract description 10
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 6
- KHMOASUYFVRATF-UHFFFAOYSA-J tin(4+);tetrachloride;pentahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.Cl[Sn](Cl)(Cl)Cl KHMOASUYFVRATF-UHFFFAOYSA-J 0.000 claims abstract description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract 2
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 9
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims description 9
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 4
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 claims description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 4
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 17
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 abstract description 14
- 230000005012 migration Effects 0.000 abstract description 5
- 238000013508 migration Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000969 carrier Substances 0.000 abstract description 4
- 230000003993 interaction Effects 0.000 abstract 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 94
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 23
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 17
- 239000000047 product Substances 0.000 description 8
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 7
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 5
- PWKSKIMOESPYIA-UHFFFAOYSA-N 2-acetamido-3-sulfanylpropanoic acid Chemical compound CC(=O)NC(CS)C(O)=O PWKSKIMOESPYIA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 4
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 4
- 229910021627 Tin(IV) chloride Inorganic materials 0.000 description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 3
- HPGGPRDJHPYFRM-UHFFFAOYSA-J tin(iv) chloride Chemical compound Cl[Sn](Cl)(Cl)Cl HPGGPRDJHPYFRM-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 2
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 2
- 229910052976 metal sulfide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 description 2
- 239000002064 nanoplatelet Substances 0.000 description 2
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 description 2
- KMUONIBRACKNSN-UHFFFAOYSA-N potassium dichromate Chemical compound [K+].[K+].[O-][Cr](=O)(=O)O[Cr]([O-])(=O)=O KMUONIBRACKNSN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000634 powder X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000282414 Homo sapiens Species 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 238000001198 high resolution scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000001453 impedance spectrum Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000004298 light response Effects 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N oxalonitrile Chemical compound N#CC#N JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 1
- 230000004083 survival effect Effects 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000000870 ultraviolet spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 1
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 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
- 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
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- 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
- C02F1/70—Treatment of water, waste water, or sewage by reduction
-
- 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
- C02F2101/10—Inorganic compounds
- C02F2101/20—Heavy metals or heavy metal compounds
- C02F2101/22—Chromium or chromium compounds, e.g. chromates
-
- 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
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/30—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
- Y02W10/37—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明属于光催化材料领域，涉及一种Ti3C2/In4SnS8复合材料的制备方法，包括：将质量比为(23～24)：(7～8)：2的四水合三氯化铟、五水合四氯化锡和L‑半胱氨酸分散于去离子水中，搅拌得到In4SnS8前驱体溶液；将Ti3C2纳米片加入In4SnS8前驱体溶液中，超声分散，得到悬浮液；Ti3C2纳米片与L‑半胱氨酸的质量比为(3‑6):100；将悬浮液进行水热反应，反应结束后自然冷却至室温，将获得的产物洗涤、烘干，研磨后得到粉末状Ti3C2/In4SnS8复合材料。复合材料具有较大的界面接触面积和紧密的界面相互作用，可有效的加快光生载流子的界面迁移，提升光催化还原Cr(VI)的性能。
Description
技术领域
本发明属于光催化材料领域，具体涉及一种Ti3C2/In4SnS8复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
工业化的快速发展引起了环境的严重污染，破坏了全球的生态平衡，急剧危害着人类的生存与发展。其中，废水处理是环境治理的重要分支之一，而在废水中重金属离子Cr(VI)流动性高，易进入生物细胞中产生活性氧，对生命造成损伤。根据世界卫生组织的规定，Cr(VI)在生活污水中的最高浓度不得超过0.05mg L-1。太阳能作为可再生能源，具有清洁环保，且不受地域限制等优点，具有潜在的替代化石能源的前景，以太阳能为驱动力的基于半导体材料的光催化技术可以将其有效转化为化学能，并且反应过程绿色无污染，因此被认为是具有前景的新技术之一。
目前研究广泛的光催化剂如金属氧化物TiO2，石墨相氮化碳g-C3N4等，存在两个缺点：一是光响应利用率低，二是光生载流子极易复合。因此，开发高效的光催化材料是光催化领域的研究热点。In4SnS8作为一种三元金属硫化物，是一种出色的可见光响应型半导体，不对称的原子结构有利于载流子的分离和迁移，在光催化中有着潜在的应用前景。但是目前制备的In4SnS8材料多为微球结构，尺寸偏大，其具有较小的比表面积，提供的反应活性位点较少，进一步降低了反应物在材料表面的吸附和反应；此外，单一催化剂的光生载流子迁移效率仍然受限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种Ti3C2/In4SnS8复合材料及其制备方法和应用，解决现有单独In4SnS8材料尺寸偏大，活性位点较少且光生电荷易复合的问题。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种Ti3C2/In4SnS8复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将四水合三氯化铟、五水合四氯化锡和L-半胱氨酸分散于去离子水中，搅拌得到In4SnS8前驱体溶液；所述四水合三氯化铟、五水合四氯化锡和L-半胱氨酸的质量比为(23～24)：(7～8)：2；
制备Ti3C2纳米片；
(2)将制备得到的Ti3C2纳米片加入In4SnS8前驱体溶液中，超声分散，得到悬浮液；Ti3C2纳米片与L-半胱氨酸的质量比为(3-6):100；
(3)将悬浮液进行水热反应，反应结束后自然冷却至室温，将获得的产物洗涤、烘干，研磨后得到粉末状的Ti3C2/In4SnS8复合材料。
进一步，步骤(1)中，所述L-半胱氨酸与去离子水的质量比为1:200。
进一步，步骤(2)中，Ti3C2纳米片的制备过程为：
将Ti3AlC2加入到40％的HF溶液中，刻蚀48h，用去离子水洗涤溶液至中性，真空干燥后收集Ti3C2粉末，加入到DMSO中，搅拌24h，随后洗涤，干燥得到Ti3C2纳米片；
所述Ti3AlC2与HF的固液比为0.5g:15ml；所述Ti3C2与DMSO的固液比为0.3g:10ml。
进一步，步骤(3)中，所述水热反应的条件为160～200℃下反应20～28h。
本发明还公开了所述制备方法制备得到的一种Ti3C2/In4SnS8复合材料，所述Ti3C2/In4SnS8复合材料为在Ti3C2纳米片表面均匀分布In4SnS8纳米片，Ti3C2纳米片作为基底材料。
进一步，所述Ti3C2纳米片平面尺寸为5～10μm，厚度为30～40nm，所述Ti3C2纳米片表面光滑，有褶皱。
进一步，所述Ti3C2的含量占所得复合材料的(5～10)wt％。
进一步，所述In4SnS8超薄纳米片的厚度为5～10nm。
本发明还公开了所述的Ti3C2/In4SnS8复合材料作为光催化剂在可见光下光催化还原Cr(VI)的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开了一种Ti3C2/In4SnS8复合材料的制备方法，利用Ti3C2较大的二维平面结构作为基底原位生成超薄In4SnS8纳米片，形成紧密链接的Ti3C2/In4SnS8复合材料，极大地提高了对重金属Cr(VI)的还原效率。紧密连接的界面和较大的接触面积有助于载流子在界面处有效分离；并且其Ti3C2的高导电性也有利于载流子的迁移，从而全面提升材料的光催化还原重金属Cr(VI)的性能。本发明采用的方法所得生长的In4SnS8纳米片尺寸较小，可以与Ti3C2形成紧密的界面接触，有利于提高光生电荷的有效界面迁移；同时低维In4SnS8纳米片的构建有利于暴露高浓度的活性位点。Ti3C2和In4SnS8的协同作用显著促进了电荷载流子的有效分离，最终合成的Ti3C2/In4SnS8复合材料在光催化还原重金属Cr(VI)效率上有了极大地提高，是一种高效的光催化剂。本发明提供的制备方法操作较为简便，成本低，重复性好，适于规模化生产。
本发明提供了一种Ti3C2/In4SnS8复合材料，以Ti3C2纳米片为基底材料，在Ti3C2纳米片表面原位生长In4SnS8超纳米片。Ti3C2/In4SnS8复合材料具有突出的催化降解性能。采用30mg的Ti3C2/In4SnS8复合材料，催化40ml 20mg/L的Cr(VI)，光照100min后Cr(VI)转化率达85％，转化速率达19.8μmol·g-1·h-1。
附图说明
图1为In4SnS8纳米材料的扫描电镜图；
图2为本发明所制备的Ti3C2/In4SnS8复合材料的扫描电镜图；
图3为本发明所制备的Ti3C2/In4SnS8复合材料的高分辨扫描电镜图；
图4为本发明所制备的In4SnS8纳米材料、Ti3C2纳米材料和Ti3C2/In4SnS8复合材料的粉末X射线衍射图；
图5为本发明所制备的In4SnS8纳米材料、Ti3C2纳米材料和Ti3C2/In4SnS8复合材料的紫外漫反射图；
图6为本发明所制备的In4SnS8纳米材料和Ti3C2/In4SnS8复合材料的光电流曲线；
图7为本发明所制备的In4SnS8纳米材料和Ti3C2/In4SnS8复合材料的阻抗图谱；
图8为本发明所制备的In4SnS8纳米材料和实施例2所制备的Ti3C2/In4SnS8复合材料的光催化还原重金属Cr(VI)的还原速率图；
图9为实施例2所制备的Ti3C2/In4SnS8复合材料光催化还原重金属Cr(VI)的稳定性示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅为本发明一部分实施例，而不是全部实施例。
本发明实施例所用原材料皆购自阿拉丁化学试剂公司。
实施例1
本发明公开了一种Ti3C2/In4SnS8复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取0.5024gTi3AlC2，加入到15ml 40％的HF中，剧烈搅拌48h以刻蚀掉Al，将所得溶液用去离子水反复洗涤至pH＝7，随后60℃真空过夜干燥得到Ti3C2粉末；然后将所得粉末加入到10ml DMSO中，搅拌24h使其分层，所得产物用去离子水洗涤五遍，60℃真空干燥得到粉末状的Ti3C2纳米片；
(2)称取0.2312g四水合三氯化铟、0.0711g五水合四氯化锡和0.2008g L-半胱氨酸，先后分散于40ml去离子水中，搅拌使其完全溶解，得到In4SnS8前驱体溶液；
(3)再将步骤(1)所得Ti3C2纳米片称取0.0061g加入In4SnS8前驱体溶液中，超声10min使其完全分散，将所得的溶液转移至50ml反应釜中进行水热反应，在160℃下保温20h，反应结束后自然冷却至室温，将获得的产物用去离子水洗涤5次，之后在真空干燥箱中60℃下烘干，取出研磨后得到粉末状的Ti3C2/In4SnS8复合材料(其中Ti3C2的质量占所得复合材料的5wt％)。
实施例2
本发明公开了一种Ti3C2/In4SnS8复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取0.5002gTi3AlC2，加入到15ml 40％的HF中，剧烈搅拌48h以刻蚀掉Al，将所得溶液用去离子水反复洗涤至pH＝7，随后60℃真空过夜干燥得到Ti3C2粉末；然后将所得粉末加入到10ml DMSO中，搅拌24h使其分层，所得产物用去离子水洗涤五遍，60℃真空干燥得到粉末状的Ti3C2纳米片；
(2)称取0.2327g四水合三氯化铟、0.0721g五水合四氯化锡和0.2006g L-半胱氨酸，先后分散于40ml去离子水中，搅拌使其完全溶解，得到In4SnS8前驱体溶液；
(3)再将步骤(1)所得Ti3C2纳米片称取0.0084g加入In4SnS8前驱体溶液中，超声10min使其完全分散，将所得的溶液转移至50ml反应釜中进行水热反应，在180℃下保温24h，反应结束后自然冷却至室温，将获得的产物用去离子水洗涤5次，之后在真空干燥箱中60℃下烘干，取出研磨后得到粉末状的Ti3C2/In4SnS8复合材料(其中Ti3C2的质量占所得复合材料的7wt％)。
实施例3
本发明公开了一种Ti3C2/In4SnS8复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取0.5021gTi3AlC2，加入到15ml 40％的HF中，剧烈搅拌48h以刻蚀掉Al，将所得溶液用去离子水反复洗涤至pH＝7，随后60℃真空过夜干燥得到Ti3C2粉末；然后将所得粉末加入到10ml DMSO中，搅拌24h使其分层，所得产物用去离子水洗涤五遍，60℃真空干燥得到粉末状的Ti3C2纳米片；
(2)称取0.2380g四水合三氯化铟、0.0721g五水合四氯化锡和0.2010g L-半胱氨酸，先后分散于40ml去离子水中，搅拌使其完全溶解，得到In4SnS8前驱体溶液；
再将步骤(1)所得Ti3C2纳米片称取0.0123g加入In4SnS8前驱体溶液中，超声10min使其完全分散，将所得的溶液转移至50ml反应釜中进行水热反应，在200℃下保温28h，反应结束后自然冷却至室温，将获得的产物用去离子水洗涤5次，之后在真空干燥箱中60℃下烘干，取出研磨后得到粉末状的Ti3C2/In4SnS8复合材料(其中Ti3C2的质量占所得复合材料的10wt％)。
下面给出In4SnS8微米球的制备过程：
称取0.23g四水合三氯化铟、0.07g五水合四氯化锡和0.2g L-半胱氨酸，先后分散于40ml去离子水中，搅拌使其完全溶解，将所得的溶液转移至50ml反应釜中进行水热反应，在180℃下保温24h，反应结束后自然冷却至室温，将获得的产物用去离子水洗涤5遍，之后在真空干燥箱中60℃下烘干，取出研磨后得到粉末状的In4SnS8材料。
制备的In4SnS8纳米材料的扫描电镜图如图1所示，可见In4SnS8纳米材料为厚度为5～10nm左右的纳米片团聚得到的微米级花状结构，并且纳米片表面有褶皱，比表面积较小。
本实施例制备的Ti3C2/In4SnS8复合材料扫描电镜图如图2所示，可以看出Ti3C2/In4SnS8复合材料是以Ti3C2纳米片为基底，In4SnS8纳米片均匀的生长在Ti3C2纳米片上，两者紧密接触，初步说明Ti3C2与In4SnS8形成复合材料。
图3为本实施例制备的Ti3C2/In4SnS8复合材料的高分辨扫描电镜图，从图中可以观察到In4SnS8纳米片与Ti3C2纳米片紧密结合，In4SnS8纳米材料均匀的生长在Ti3C2纳米片的表面上。
图4为本发明制备的In4SnS8纳米材料、Ti3C2纳米片和Ti3C2/In4SnS8复合材料的粉末X射线衍射图，其中In4SnS8纳米材料具有高结晶性，In4SnS8的各个衍射峰与标准立方相In4SnS8(42-1305)有很好的匹配。Ti3C2也有比较明显的特征峰，在Ti3C2/In4SnS8复合材料中也观察到以上In4SnS8的衍射峰，而Ti3C2的峰不明显，出现这种情况的原因是Ti3C2的含量较低导致的。在XRD图谱中没有发现未知的衍射峰。这表明样品的晶体相结构具有较高的纯度。
图5为本发明制备的In4SnS8纳米材料、Ti3C2纳米片和Ti3C2/In4SnS8复合材料的紫外漫反射图，其中In4SnS8纳米材料与Ti3C2/In4SnS8复合材料具有较为相似的吸收边，这表明两个材料拥有较为一致的禁带宽度～2.1eV。然而不同的是Ti3C2/In4SnS8复合材料的光吸收性能在200～800nm波长范围上有所提升，可能是复合的Ti3C2提升了对光的吸收以及光子的捕获。
图6为本发明制备的In4SnS8纳米材料和Ti3C2/In4SnS8复合材料在光照下的光电流响应图，可以看出，相比于In4SnS8纳米材料，Ti3C2/In4SnS8复合材料具有更高的光电流响应。一般认为，较高的光电流强度表明更高效的电子空穴对分离和迁移。
图7为本发明制备的In4SnS8纳米材料和Ti3C2/In4SnS8复合材料的阻抗图，显然，Ti3C2/In4SnS8复合材料的电子转移电阻远小于In4SnS8纳米材料的电阻，表明Ti3C2/In4SnS8复合材料具有更高的电子电导率，因此可以说明，通过修饰复合Ti3C2助催化剂可以提高空间电子转移效率。
比较实施例1～3制备的In4SnS8纳米材料和Ti3C2/In4SnS8复合材料光催化还原Cr(VI)的性能差异：
分别取30mg粉末样品(分别为In4SnS8纳米材料和实施例1～3中制备的Ti3C2/In4SnS8复合材料)分散于40mL Cr(VI)浓度为20mg/L的重铬酸钾溶液中，超声10min使其完全分散，随后将溶液转移至300W氙灯下(配有420nm截止滤波片)，每隔20min取样，离心去除催化剂后，用紫外可见分光光度计测定上清液在352nm处的吸光度以计算Cr(VI)的还原率。In4SnS8纳米材料和7wt％Ti3C2/In4SnS8复合材料的光催化还原Cr(VI)的还原率如图8所示，In4SnS8纳米材料和7wt％Ti3C2/In4SnS8复合材料的Cr(VI)还原率分别为5.39μmol·g-1·h-1(摩尔百分转化率为43.2％)和19.8μmol·g-1·h-1(摩尔百分转化率为85.5％)。
作为对比，将实施例1所制备5wt％Ti3C2/In4SnS8，和实施例3所制备10wt％Ti3C2/In4SnS8复合材料对Cr(VI)的还原实验与上述结果进行对比。结果如表1所示。
表1：不同Ti3C2负载量的复合材料还原Cr(VI)反应性能
从表1可看出，实施例1～3所制备的不同含量Ti3C2的Ti3C2/In4SnS8复合材料都对Cr(VI)还原反应有较大的促进作用，实施例2负载条件下Ti3C2/In4SnS8复合材料光催化性能最佳(Ti3C2负载量为7％)。
测试实施例2制备的Ti3C2/In4SnS8复合材料的稳定性：
将实施例2制备的Ti3C2/In4SnS8复合材料存放90天够重新测试其对Cr(VI)的还原能力，实验变量均与前文所述相同。Ti3C2/In4SnS8复合材料在存放90天前后对Cr(VI)的还原率对比如图9所示，数据表明，存放前后Ti3C2/In4SnS8复合材料对Cr(VI)的还原率分别问85.5％和83.9％，并未有明显变化，可以说明实施例2所制备的Ti3C2/In4SnS8复合材料具有良好的稳定性。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (9)
1.一种Ti3C2/In4SnS8复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将四水合三氯化铟、五水合四氯化锡和L-半胱氨酸分散于去离子水中，搅拌得到In4SnS8前驱体溶液；所述四水合三氯化铟、五水合四氯化锡和L-半胱氨酸的质量比为(23～24)：(7～8)：2；
制备Ti3C2纳米片；
(2)将制备得到的Ti3C2纳米片加入In4SnS8前驱体溶液中，超声分散，得到悬浮液；Ti3C2纳米片与L-半胱氨酸的质量比为(3-6):100；
(3)将悬浮液进行水热反应，反应结束后自然冷却至室温，将获得的产物洗涤、烘干，研磨后得到粉末状的Ti3C2/In4SnS8复合材料。
2.根据权利要求1所述的Ti3C2/In4SnS8复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述L-半胱氨酸与去离子水的质量比为1:200。
3.根据权利要求1所述的Ti3C2/In4SnS8复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，Ti3C2纳米片的制备过程为：
将Ti3AlC2加入到40％的HF溶液中，刻蚀48h，用去离子水洗涤溶液至中性，真空干燥后收集Ti3C2粉末，加入到DMSO中，搅拌24h，随后洗涤，干燥得到Ti3C2纳米片；
所述Ti3AlC2与HF的固液比为0.5g:15ml；所述Ti3C2与DMSO的固液比为0.3g:10ml。
4.根据权利要求1所述的Ti3C2/In4SnS8复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述水热反应的条件为160～200℃下反应20～28h。
5.基于权利要求1-4任意一项所述制备方法制备得到的一种Ti3C2/In4SnS8复合材料，其特征在于，所述Ti3C2/In4SnS8复合材料为在Ti3C2纳米片表面均匀分布In4SnS8纳米片，Ti3C2纳米片作为基底材料。
6.根据权利要求5所述的Ti3C2/In4SnS8复合材料，其特征在于，所述Ti3C2纳米片平面尺寸为5～10μm，厚度为30～40nm，所述Ti3C2纳米片表面光滑，有褶皱。
7.根据权利要求5所述的Ti3C2/In4SnS8复合材料，其特征在于，所述Ti3C2的含量占所得复合材料的(5～10)wt％。
8.根据权利要求5所述的Ti3C2/In4SnS8复合材料，其特征在于，所述In4SnS8超薄纳米片的厚度为5～10nm。
9.权利要求5-8任意一项所述的Ti3C2/In4SnS8复合材料作为光催化剂在可见光下光催化还原Cr(VI)的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210993219.0A CN115337944A (zh) | 2022-08-18 | 2022-08-18 | 一种Ti3C2/In4SnS8复合材料及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210993219.0A CN115337944A (zh) | 2022-08-18 | 2022-08-18 | 一种Ti3C2/In4SnS8复合材料及其制备方法和应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115337944A true CN115337944A (zh) | 2022-11-15 |
Family
ID=83953590
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210993219.0A Pending CN115337944A (zh) | 2022-08-18 | 2022-08-18 | 一种Ti3C2/In4SnS8复合材料及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115337944A (zh) |
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103657686A (zh) * | 2013-12-02 | 2014-03-26 | 南昌航空大学 | 一种低温共沉淀法制备硫化铟锡光催化剂的方法 |
| CN104525238A (zh) * | 2015-01-09 | 2015-04-22 | 江苏大学 | 一种氮化碳/硫铟锌复合纳米材料及其制备方法和用途 |
| US20150122315A1 (en) * | 2013-11-05 | 2015-05-07 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Two-dimensional materials, methods of forming the same, and devices including two-dimensional materials |
| CN108404994A (zh) * | 2018-03-16 | 2018-08-17 | 常州大学 | 一种硝基钴酞菁敏化硫化铟锡复合可见光催化剂的制备方法 |
| CN108404959A (zh) * | 2018-03-09 | 2018-08-17 | 台州职业技术学院 | 一种棒状g-C3N4@SnIn4S8复合光催化剂及其制备方法 |
| CN110002493A (zh) * | 2019-03-28 | 2019-07-12 | 盐城工学院 | 一种二维Ti3C2/TiO2-x纳米复合材料的制备方法 |
| CN111203234A (zh) * | 2020-02-19 | 2020-05-29 | 江苏大学 | 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 |
| CN111250109A (zh) * | 2020-01-19 | 2020-06-09 | 浙江树人学院（浙江树人大学） | 一种硫化铟锡可见光催化剂的制备方法及其可见光催化性能应用 |
| CN111250110A (zh) * | 2020-02-19 | 2020-06-09 | 江苏大学 | 一种可见光响应SnIn4S8纳米粒子/TiO2纳米带核壳型复合光催化剂的制备方法 |
| CN113351227A (zh) * | 2021-06-24 | 2021-09-07 | 中南民族大学 | 一种超薄Ti3C2纳米片/ZnIn2S4花球复合光催化剂的制备方法 |
| CN113559835A (zh) * | 2021-08-23 | 2021-10-29 | 哈尔滨理工大学 | 一种具有微孔结构的Ti3C2/TiO2光催化材料及其制备方法 |
| CN114192171A (zh) * | 2021-11-18 | 2022-03-18 | 淮阴工学院 | Cu:ZnIn2S4-Ti3C2复合光催化剂的制备方法及应用 |
-
2022
- 2022-08-18 CN CN202210993219.0A patent/CN115337944A/zh active Pending
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20150122315A1 (en) * | 2013-11-05 | 2015-05-07 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Two-dimensional materials, methods of forming the same, and devices including two-dimensional materials |
| CN103657686A (zh) * | 2013-12-02 | 2014-03-26 | 南昌航空大学 | 一种低温共沉淀法制备硫化铟锡光催化剂的方法 |
| CN104525238A (zh) * | 2015-01-09 | 2015-04-22 | 江苏大学 | 一种氮化碳/硫铟锌复合纳米材料及其制备方法和用途 |
| CN108404959A (zh) * | 2018-03-09 | 2018-08-17 | 台州职业技术学院 | 一种棒状g-C3N4@SnIn4S8复合光催化剂及其制备方法 |
| CN108404994A (zh) * | 2018-03-16 | 2018-08-17 | 常州大学 | 一种硝基钴酞菁敏化硫化铟锡复合可见光催化剂的制备方法 |
| CN110002493A (zh) * | 2019-03-28 | 2019-07-12 | 盐城工学院 | 一种二维Ti3C2/TiO2-x纳米复合材料的制备方法 |
| CN111250109A (zh) * | 2020-01-19 | 2020-06-09 | 浙江树人学院（浙江树人大学） | 一种硫化铟锡可见光催化剂的制备方法及其可见光催化性能应用 |
| CN111203234A (zh) * | 2020-02-19 | 2020-05-29 | 江苏大学 | 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 |
| CN111250110A (zh) * | 2020-02-19 | 2020-06-09 | 江苏大学 | 一种可见光响应SnIn4S8纳米粒子/TiO2纳米带核壳型复合光催化剂的制备方法 |
| CN113351227A (zh) * | 2021-06-24 | 2021-09-07 | 中南民族大学 | 一种超薄Ti3C2纳米片/ZnIn2S4花球复合光催化剂的制备方法 |
| CN113559835A (zh) * | 2021-08-23 | 2021-10-29 | 哈尔滨理工大学 | 一种具有微孔结构的Ti3C2/TiO2光催化材料及其制备方法 |
| CN114192171A (zh) * | 2021-11-18 | 2022-03-18 | 淮阴工学院 | Cu:ZnIn2S4-Ti3C2复合光催化剂的制备方法及应用 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| PINGFAN XU ET AL: "Surfactant-assisted hydrothermal synthesis of rGO/SnIn4S8 nanosheets and their application in complete removal of Cr(VI)", 《RSC ADVANCES》, vol. 8, pages 5751 * |
| TIANXI WANG ET AL: "One-step solvothermal synthesis of SnIn4S8/TiO2 nanocomposite with enhanced visible-light-activated photocatalytic activity", 《MATERIALS LETTERS》, vol. 123, pages 153, XP028844328, DOI: 10.1016/j.matlet.2014.02.109 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Hong et al. | Recent progress of two-dimensional MXenes in photocatalytic applications: a review | |
| Ren et al. | In situ fabrication of robust cocatalyst‐free CdS/g‐C3N4 2D–2D step‐scheme heterojunctions for highly active H2 evolution | |
| Liu et al. | Facile strategy to fabricate Ni2P/g-C3N4 heterojunction with excellent photocatalytic hydrogen evolution activity | |
| Chen et al. | Two-dimensional heterojunction photocatalysts constructed by graphite-like C3N4 and Bi2WO6 nanosheets: enhanced photocatalytic activities for water purification | |
| CN107456991B (zh) | 一种g-C3N4量子点负载钨酸铋纳米片光催化剂的制备方法 | |
| He et al. | Preparation, characterization, and photocatalytic activity of novel AgBr/ZIF-8 composites for water purification | |
| Zhang et al. | Simultaneously efficient solar light harvesting and charge transfer of hollow octahedral Cu2S/CdS p–n heterostructures for remarkable photocatalytic hydrogen generation | |
| Wu et al. | Enhanced visible light activated hydrogen evolution activity over cadmium sulfide nanorods by the synergetic effect of a thin carbon layer and noble metal-free nickel phosphide cocatalyst | |
| Qi et al. | Prussian blue derived Fe 2 N for efficiently improving the photocatalytic hydrogen evolution activity of gC 3 N 4 nanosheets | |
| CN110743596A (zh) | 钌纳米颗粒/三维多孔氮化碳复合材料及制备方法与用途 | |
| Shi et al. | In situ topotactic formation of 2D/2D direct Z-scheme Cu 2 S/Zn 0.67 Cd 0.33 S in-plane intergrowth nanosheet heterojunctions for enhanced photocatalytic hydrogen production | |
| CN111389442A (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 | |
| CN106944074B (zh) | 一种可见光响应型复合光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN110961133B (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 | |
| Wang et al. | In-situ preparation of mossy tile-like ZnIn2S4/Cu2MoS4 S-scheme heterojunction for efficient photocatalytic H2 evolution under visible light | |
| CN111185210B (zh) | 二碳化三钛/二氧化钛/黑磷纳米片复合光催化剂及其制备方法和应用 | |
| Wang et al. | The g-C3N4 nanosheets decorated by plasmonic Au nanoparticles: A heterogeneous electrocatalyst for oxygen evolution reaction enhanced by sunlight illumination | |
| Zhang et al. | Facile synthesis of CdSZnWO4 composite photocatalysts for efficient visible light driven hydrogen evolution | |
| WO2019085532A1 (zh) | 一种三价钛自掺杂二氧化钛纳米颗粒-部分还原氧化石墨烯纳米片复合材料及其制备方法 | |
| Cheng et al. | Lollipop-shaped Co9S8/CdS nanocomposite derived from zeolitic imidazolate framework-67 for the photocatalytic hydrogen production | |
| Liu et al. | Bimetal-organic frameworks derived carbon doped ZnO/Co3O4 heterojunction as visible-light stabilized photocatalysts | |
| CN114588888A (zh) | 一种光催化剂及其制备方法与应用 | |
| Wei et al. | MOF-derived mesoporous gC 3 N 4/TiO 2 heterojunction with enhanced photocatalytic activity | |
| Zhang et al. | Metal-organic framework-derived nitrogen-doped carbon-coated hollow tubular In2O3/CdZnS heterojunction for efficient photocatalytic hydrogen evolution | |
| Li et al. | In situ electronic redistribution tuning of ZnIn2S4 nanosheets on NiCo2S4 hollow tube for boosted photocatalytic hydrogen evolution |
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 |