CN115970684A - Ti3C2/TiO2在线异质结及其制备方法与应用 - Google Patents
Ti3C2/TiO2在线异质结及其制备方法与应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115970684A CN115970684A CN202310051383.4A CN202310051383A CN115970684A CN 115970684 A CN115970684 A CN 115970684A CN 202310051383 A CN202310051383 A CN 202310051383A CN 115970684 A CN115970684 A CN 115970684A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- tio
- heterojunction
- preparation
- line
- online
- 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
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 99
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 72
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 55
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 7
- RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N copper;5,10,15,20-tetraphenylporphyrin-22,24-diide Chemical group [Cu+2].C1=CC(C(=C2C=CC([N-]2)=C(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC(N=2)=C(C=2C=CC=CC=2)C2=CC=C3[N-]2)C=2C=CC=CC=2)=NC1=C3C1=CC=CC=C1 RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 17
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 15
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 12
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 10
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 claims description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 9
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 9
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 9
- PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N rhodamine B Chemical compound [Cl-].C=12C=CC(=[N+](CC)CC)C=C2OC2=CC(N(CC)CC)=CC=C2C=1C1=CC=CC=C1C(O)=O PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229940043267 rhodamine b Drugs 0.000 claims description 9
- SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N silver(1+) nitrate Chemical compound [Ag+].[O-]N(=O)=O SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 8
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 7
- 238000013033 photocatalytic degradation reaction Methods 0.000 claims description 6
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 6
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 5
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims description 4
- BNIILDVGGAEEIG-UHFFFAOYSA-L disodium hydrogen phosphate Chemical compound [Na+].[Na+].OP([O-])([O-])=O BNIILDVGGAEEIG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims description 4
- 229910001961 silver nitrate Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 4
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 claims description 2
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 abstract description 20
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 127
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 32
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 28
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 description 13
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 13
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 13
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 10
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 9
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 8
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 7
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 7
- 239000000047 product Substances 0.000 description 7
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 7
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 6
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 6
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 6
- 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 5
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 5
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 5
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 5
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 5
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 4
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 238000004627 transmission electron microscopy Methods 0.000 description 4
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 3
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 3
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 3
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 description 3
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 3
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 3
- 238000003828 vacuum filtration Methods 0.000 description 3
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 2
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 2
- 239000002064 nanoplatelet Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 2
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 2
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910018575 Al—Ti Inorganic materials 0.000 description 1
- 206010070834 Sensitisation Diseases 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012043 crude product Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000002524 electron diffraction data Methods 0.000 description 1
- 238000001493 electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 238000003837 high-temperature calcination Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 238000006303 photolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000015843 photosynthesis, light reaction Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000004098 selected area electron diffraction Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000008313 sensitization Effects 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- FJOLTQXXWSRAIX-UHFFFAOYSA-K silver phosphate Chemical compound [Ag+].[Ag+].[Ag+].[O-]P([O-])([O-])=O FJOLTQXXWSRAIX-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 229940019931 silver phosphate Drugs 0.000 description 1
- 229910000161 silver phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 1
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 1
- 229910001773 titanium mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明公开一种Ti3C2/TiO2在线异质结及其制备方法与应用，其包括六方晶系的Ti3C2及在六方晶系的Ti3C2表面生成的具有四方结构的形貌的TiO2，制备方法包括以下步骤：S1.以Ti3AlC2为制备Ti3C2材料的前驱体，以NaOH溶液为刻蚀液，在惰性气氛下，于高压釜中进行水热反应，纯化后，得到Ti3C2材料；S2.研磨Ti3C2材料后，放入马弗炉进行煅烧，即得Ti3C2/TiO2在线异质结；制备方法简单、光催化性能好。
Description
技术领域
本发明涉及光催化技术领域，尤其涉及一种Ti3C2/TiO2在线异质结及其制备方法与应用。
背景技术
目前，由于传统的单组份半导体光催化剂具有易团聚、电子迁移率低以及光生载流子易重组等缺点，导致其光催化性能不够理想。而现代社会未来的发展离不开新能源与环境等重要因素，因此开发具有高效，快速的光催化剂则变得尤为重要。
二氧化钛(TiO2)因为具有较高的折光系数和稳定的物理化学性能，因此被广泛的应用到光解水、杀菌和太阳能敏化电池当中。然而由于TiO2做光催化剂时会出现光生电子与光生空穴之间迅速发生复合的现象，这直接导致光催化的效率大大降低从而影响催化活性。
为解决上述技术问题，相关技术中，将TiO2与其它具有光催化性能的材料相复合有利于减缓光生电子空穴的复合，在一定程度上提高光催化能力。但是在与其它材料相复合的制备过程往往较为复杂，而繁琐的制备手段也在一定程度上影响了TiO2作为光催化剂的应用。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种Ti3C2/TiO2在线异质结及其制备方法与应用，制备方法简单、光催化性能好。
为达到上述技术目的，本申请采用以下技术方案：
第一方面，本申请提供一种Ti3C2/TiO2在线异质结，包括六方晶系的Ti3C2及在六方晶系的Ti3C2表面生成的具有四方结构的形貌的TiO2。
第二方面，本申请提供一种Ti3C2/TiO2在线异质结的制备方法，包括以下步骤：
S1.以Ti3AlC2为制备Ti3C2材料的前驱体，以NaOH溶液为刻蚀液，在惰性气氛下，于高压釜中进行水热反应，纯化后，得到Ti3C2材料；
S2.研磨Ti3C2材料后，放入马弗炉进行煅烧，即得Ti3C2/TiO2在线异质结。
优选的，NaOH溶液的配制步骤为，将氮气通入至煮沸的纯水中，并加入固体NaOH，即得。
优选的，水热反应的温度为280-300℃，反应的时间为12-14h，NaOH溶液浓度为27.5-33.5M。
优选的，煅烧温度为200℃-1000℃，升温速率为5-8℃/min，保温时间为2-6小时。
优选的，纯化步骤为，将水热反应的产物的下层悬浮液进行过滤分离，再以二甲基亚砜为分层试剂与过滤分离的产物混合，而后离心分离、清洗干燥。
第三方面，本申请提供一种Ti3C2/TiO2在线异质结作为光催化剂材料的应用。
第四方面，本申请提供一种Ti3C2/TiO2/Ag3PO4复合材料，包括Ag3PO4以及Ag3PO4负载的Ti3C2/TiO2复合物。
第五方面，本申请提供一种Ti3C2/TiO2/Ag3PO4复合材料的制备方法，包括如下步骤：将Ti3C2/TiO2在线异质结超声分散于水中，加入硝酸银反应后，再滴加磷酸氢二钠搅拌反应，即得Ti3C2/TiO2/Ag3PO4复合材料。
第六方面，本申请提供一种Ti3C2/TiO2/Ag3PO4复合材料在光催化降解罗丹明B中的应用。
本申请的有益效果如下：本方案制备Ti3C2/TiO2在线异质结的方法简单方便，TiO2与Ti3C2之间形成紧密接触界面和肖特基结，促进了光电子与空穴的分离，加速了光电子的转移，增强光催化性能；本方案制备的Ti3C2与TiO2形成的异质结材料具有协同效应，其在六方晶系的Ti3C2表面生成了具有四方结构的形貌的TiO2，可以改善Ti3C2与TiO2材料做光催化剂时的光催化性能；以磷酸银(Ag3PO4)为载体的Ti3C2/TiO2在线异质结对罗丹明B具有优异的光催化降解性能，降解在前10分钟趋于稳定，达到了97.6％。
附图说明
图1为实施例1制备的Ti3C2纳米片的X射线衍射图谱；
图2为实施例1制备前后Ti3AlC2扫描电子显微镜图谱(图2a为制备前Ti3AlC2扫描电子显微镜图谱，图2b为Ti3C2扫描电子显微镜图谱)；
图3为实施例1制备的Ti3C2纳米片的透射电子显微镜图谱(图3a为选区电子衍射图，图3b为Ti3C2晶格图)；
图4为实施例1制备的Ti3C2/TiO2在线异质结的扫描电子显微镜图谱。
图5为实施例1制备的Ti3C2/TiO2在线异质结的透射电子显微镜图谱。
图6为实施例2制备的以Ag3PO4为载体的Ti3C2/TiO2在线异质结的扫描电子显微镜图谱。
图7为实施例2制备的Ti3C2/TiO2在线异质结、以Ag3PO4为载体的Ti3C2/TiO2在线异质结材料的X射线衍射图谱。
图8为光催化性能测试的结果图谱。
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白，以下结合实施例，对本发明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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
二维Ti3C2材料在既具备高稳定性、灵活调控等特点的同时，又具有丰富活性位点，因此将Ti3C2与TiO2材料相复合形成异质结后，可以在改善材料结构的同时够提高TiO2材料本身的光催化性能。
基于此，创立了本发明。
本申请提供一种Ti3C2/TiO2在线异质结，其为在六方晶系的Ti3C2表面生成了具有四方结构的形貌的TiO2，紧密的耦合结构可以促进载流子的转移，提高光催化效果，在可见光照射下，Ti3C2和TiO2均可被激发进而在价带和导带上产生光生电子与光生空穴。光生电子从TiO2的导带转移到Ti3C2的导带上，有利于促进载流子的分离和转移，减少载流子的重组，从而显著提高了光催化降解效率。Ti3C2纳米片携带的官能团包括但不限于-OH、-O，亦可用公知常识中的Ti3C2Tx所表示，Ti3C2纳米片为层状结构，片层间厚度优选为1.16nm，这里的1.16nm指的是Ti3C2层间(Ti3C2本身是层状材料)平面与平面的距离，TiO2与Ti3C2形成异质结后不改变层状结构，优选的，不同晶面的Ti3C2纳米片晶面间距可以为0.258nm、0.157nm，与Ti3C2形成异质结的TiO2晶面，其晶面间距为0.324nm。值得注意的是，晶面间距指的是Ti3C2与TiO2两种材料本身的数值，材料不同所以数值不同，Ti3C2为层状结构，这里的厚度与晶面间距不是一个概念。
本申请提供一种Ti3C2/TiO2在线异质结的制备方法，包括以下步骤：
S1.以Ti3AlC2为制备Ti3C2材料的前驱体，以碱液为刻蚀液，在惰性气氛下，于高压釜中进行水热反应，纯化后，得到Ti3C2材料；S1步骤中，Ti3C2纳米片材料的制备方法为碱辅助水热法，产物为黑色粉末状，其中，碱液为NaOH溶液，浓度为27.5-33.5M，优选的，氢氧化钠的溶液浓度为29.5M，为防止氧化，水热反应在高压釜中的氮气保护下进行，在制备过程中，Ti3AlC2材料中的Al因为能属于活泼金属，因此可以与NaOH迅速发生反应，并在反应过程中通过高温、高压、高浓度的条件打断Al-Ti化学键来达到分层制备纳米片Ti3C2材料的目的；
S2.研磨Ti3C2材料后，放入马弗炉进行煅烧，再次进行研磨，即得Ti3C2/TiO2在线异质结，高温煅烧使得步骤S1中的黑色粉末转变为灰色粉末；S2步骤中，Ti3C2材料通过玛瑙研钵进行充分研磨形成粉末，再进行高温煅烧，可以在Ti3C2纳米片材料表面原位生长TiO2，使得Ti3C2与TiO2材料通过氢键相连接，在线生长制备Ti3C2/TiO2异质结。
通过上述方法Ti3C2与TiO2形成的异质结材料具有协同效应，可以改善Ti3C2与TiO2材料分别做光催化剂时的光催化性能。其原因在于，在TiO2/Ti3C2之间形成紧密接触界面和肖特基结，促进了光电子与空穴的分离，加速了光电子的转移。
由于步骤S1的碱辅助水热法存在严重的氧化问题，因此在配制NaOH溶液时，对配制碱液的溶剂进行预处理，碱液的配制步骤为，将氮气通入至煮沸的纯水中，并加入固体NaOH，即得。
为步骤S1提供高热、高浓度碱条件，水热反应的温度为280-300℃，反应的时间为12-14h，碱液浓度为27.5-33.5M，更为优选的，水热反应的温度为280℃，反应时间为12h，碱液浓度为29.5M。
步骤S2中，煅烧温度为200℃-1000℃，升温速率为5-8℃/min，保温时间为2-6小时，优选的，煅烧温度为400℃，升温速率为5℃/min，保温时间为4h。
为减少副产物对步骤S2反应的影响，对水热反应的产物进行纯化，纯化步骤为，将水热反应的产物的下层悬浮液进行过滤分离，再以二甲基亚砜为分层试剂与过滤分离的产物混合，而后离心分离、清洗干燥；具体的，纯化的步骤如下：水热反应结束后，得到上下两层溶液，上层为透明溶液，下层为黑色悬浮液，黑色悬浮液即为含有Ti3C2的粗产物，倒出上层透明溶液，对下层黑色悬浮液用真空抽滤设备或离心机进行过滤分离，将过滤好的样品与二甲基亚砜试剂混合搅拌，再次离心后加入酒精超声，而后用去离子水反复清洗，过滤后放入烘箱干燥。
本申请提供一种Ti3C2/TiO2在线异质结作为光催化剂材料的应用，优选的，在光催化降解罗丹明B中的应用。
本申请提供一种Ti3C2/TiO2在线异质结的Ti3C2/TiO2/Ag3PO4复合材料，其为以Ag3PO4为载体的Ti3C2/TiO2在线异质结，Ti3C2/TiO2材料因在水溶液中溶解度较差，采用了Ag3PO4作为负载材料，以便观察降解效果，得到的Ti3C2/TiO2/Ag3PO4复合材料。
本申请提供一种Ti3C2/TiO2/Ag3PO4复合材料的制备方法，包括如下步骤：将Ti3C2/TiO2在线异质结超声分散于水中，离心分散液，将分散液通入氮气后低温避光密封保存待用，而后加入硝酸银反应后，再滴加磷酸氢二钠搅拌反应，将所得沉淀经纯水反复洗涤几次，并在真空中干燥过夜，即得Ti3C2/TiO2/Ag3PO4复合材料，即为以Ag3PO4为载体的Ti3C2/TiO2在线异质结。
本申请提供一种Ti3C2/TiO2/Ag3PO4复合材料在光催化降解罗丹明B中的应用，具体的光催化测试步骤如下：
将罗丹明B粉末与水溶液进行混合，并进行超声；
将制备好的以Ag3PO4为载体的Ti3C2/TiO2在线异质结加入到配置好的罗丹明B溶液当中，进行超声处理；
将配置好的含有催化剂(以Ag3PO4为载体的Ti3C2/TiO2在线异质结)的罗丹明B溶液，放入模拟太阳能光源的氙灯光源中，进行光催化测试。
以下通过具体实施方式对本申请进行进一步说明。
实施例1
一种Ti3C2/TiO2在线异质结，包括六方晶系的Ti3C2，及在六方晶系的Ti3C2表面生成了具有四方结构的形貌的TiO2。
Ti3C2/TiO2在线异质结的制备方法，包括以下步骤：
S1.加热并煮沸纯水，将氮气通入纯水并保持20分钟，用氮气理过的去离子水配置29.5M的NaOH溶液，将200mg的Ti3AlC2粉末加入到含有的50mL的NaOH溶液中，并移入100mL高压釜中，280℃反应12h，将上述水热反应产物取出，得到两层悬浮液(上层透明溶液，下层黑色悬浮液)，倒出上层透明溶液，对下层溶液通过真空抽滤设备与离心机(10000r/1min,离心10min)进行过滤，加入20ml二甲基亚砜混合搅拌18小时，然后用离心机对其进行离心处理(10000r/1min，离心10min)，离心完毕加入20ml酒精超声6小时，而后去离子水反复清洗，过滤后放入电热鼓风干燥，干燥时间为12小时，干燥温度为60℃，待降至室温后收集，得到Ti3C2材料，Ti3C2纳米片的X射线衍射图谱如图1所示，NaOH浓度不同时晶面衍射峰的宽度不一，其中NaOH浓度为29.5M时半高宽最窄，说明当温度为280℃时NaOH浓度为29.5M时所刻蚀的样品效果最好，本实施例中，得到的Ti3C2材料原子百分比为：C 18.17％，O48.51％，Na3.39％，Al 1.66％，Ti 28.27％，Ti3C2纳米片晶面间距为0.258nm；
对Ti3AlC2原料在制备前后进行电子显微镜扫描，制备前的Ti3AlC2扫描电子显微镜图谱如图2a所示，步骤S1完成后，形成的Ti3C2扫描电子显微镜图谱如图2b所示，可以看出，刻蚀前后样品表面形貌明显发生了变化，层状结构更加清晰；图3为Ti3C2纳米片的透射电子显微镜图谱，其中图3a为选区电子衍射图；图3b为Ti3C2晶格图；从图3中能够清晰地看到制备的材料完整地保存了Ti3AlC2的正六方晶体结构，以及Ti3C2单层的晶格间距为0.258nm。
S2.使用玛瑙研钵研磨Ti3C2材料后，将Ti3C2材料粉末放入马弗炉进行煅烧，升温速率为5℃/min，温度为400℃，煅烧时间为4小时，而后重新研磨，即得灰色粉末状Ti3C2/TiO2在线异质结。对Ti3C2/TiO2在线异质结进行电子显微镜扫描，结果图4所示，可以看出在Ti3C2的表面上生长出了锐钛矿状形貌的TiO2，图5为Ti3C2/TiO2在线异质结的透射电子显微镜图谱。由图5能够清楚的看到Ti3C2 0.157nm的特征晶面间距和TiO2 0.324nm的特征晶面间距，0.157和0.324指的是晶面间距为0.157nm的TiO2与晶面间距0.324nm的Ti3C2形成了异质结，Ti3C2晶面不同，则晶面间距又有所不同。
实施例2
一种Ti3C2/TiO2/Ag3PO4复合材料，其为以Ag3PO4为载体的Ti3C2/TiO2在线异质结；
Ti3C2/TiO2/Ag3PO4复合材料的制备方法为：
S1.加热并煮沸纯水，将氮气通入纯水并保持20分钟，用氮气处理过的去离子水配置29.5M的NaOH溶液，将200mg的Ti3AlC2粉末加入到含有的50mL的NaOH溶液中，并移入100mL高压釜中，280℃反应12h，将上述水热反应产物取出，得到两层悬浮液(上层透明溶液，下层黑色悬浮液)，倒出上层透明溶液，对下层溶液通过真空抽滤设备与离心机(10000r/1min,离心10min)进行过滤，加入20ml二甲基亚砜混合搅拌18小时，然后用离心机对其进行离心处理(10000r/1min,离心10min)，离心完毕加入20ml酒精超声6小时，而后去离子水反复清洗，过滤后放入电热鼓风干燥，干燥时间为12小时，干燥温度为60℃，待降至室温后收集，得到Ti3C2材料，本实施例中，得到的Ti3C2材料原子百分比为：C 18.17％，O 48.51％，Na3.39％，Al 1.66％，Ti 28.27％；Ti3C2纳米片晶面间距为0.258nm；
S2.使用玛瑙研钵研磨Ti3C2材料后，将Ti3C2材料粉末放入马弗炉进行煅烧，升温速率为5℃/min，温度为400℃，煅烧时间为4小时，而后重新研磨，即得灰色粉末状Ti3C2/TiO2在线异质结。
S3.将上述Ti3C2/TiO2粉末分散在水中，并超声30分钟，再离心(转速为3500rpm、离心时间为60分钟)分散液收集上清液并重复这一过程；将制备好的分散液通氮气1小时并低温避光密封保存；将Ti3C2/TiO2在线异质结粉末分散液中加入10mL、0.6M硝酸银溶液并剧烈搅拌15分钟，随后滴加0.2M、10mL磷酸氢二钠溶液持续搅拌2小时后，将所得沉淀经去离子水反复洗涤几次后进行80℃、12小时干燥处理，将所得固体自然降至室温，得到以Ag3PO4为载体的Ti3C2/TiO2在线异质结材料。
对以Ag3PO4为载体的Ti3C2/TiO2在线异质结材料进行鉴定：图6为以Ag3PO4为载体的Ti3C2/TiO2在线异质结的扫描电子显微镜图谱，可以证明在Ti3C2/TiO2在线异质结材料的锐钛矿物质上有颗粒状物质生成；图7为本实施例Ti3C2/TiO2在线异质结、以Ag3PO4为载体的Ti3C2/TiO2在线异质结的X射线衍射图谱，由图7能够清晰的看出Ag3PO4物质的特征峰。
实施例3-5
一种Ti3C2/TiO2在线异质结的制备方法，其他步骤与实施例1相同，所不同的是NaOH溶液的浓度为27.5M、31.5M、33.5M，其Ti3C2纳米片的X射线衍射图谱如图1所示。
实施例6
一种Ti3C2/TiO2在线异质结的制备方法，其他步骤与实施例1相同，所不同的是，水热反应的温度为300℃，反应的时间为14h，煅烧温度为200℃，升温速率为8℃/min，保温时间为6小时。
实施例7
一种Ti3C2/TiO2在线异质结的制备方法，其他步骤与实施例1相同，所不同的是，水热反应的温度为290℃，反应的时间为12h，煅烧温度为1000℃，升温速率为6℃/min，保温时间为4小时。
测试与应用
光催化测试
分别Ag3PO4、TiO2、Ag3PO4+TiO2+Ti3C2三种物质混合的材料以及实施例2中以Ag3PO4为载体的Ti3C2/TiO2复合材料作为催化剂分散至10ml罗丹明B溶液中超声30min，每一种催化剂的用量为20mg，对得到的混合溶液分别放入模拟太阳能光源的氙灯光源中，进行光催化测试，测试过程中前10分钟内，每分钟取样一次，10分钟后间隔10分钟取样一次，30分钟停止取样。
结果如图8所示，可以看出前3分钟内，Ti3C2/TiO2+Ag3PO4对罗丹明B的降解率达到了82.1％，比Ag3PO4要快21.8％，说明Ti3C2/TiO2在线异质结，能够促进光生载流子的分离和扩散，提高光催化性能；Ti3C2/TiO2+Ag3PO410分钟后的降解率基本趋于稳定，达到了97.6％，而TiO2的降解率只有21.1％，三种混合材料(Ti3C2+TiO2+Ag3PO4)的降解率为73.1％，且从降解速度快慢上可以看出Ti3C2+TiO2/Ag3PO4在10分钟内的降速度也明显高于其他几种材料，而经对与Ti3C2、TiO2、Ag3PO4三种材料进行光催化测试，催化效果也都没有Ti3C2/TiO2复合材料效果好，这一结果从另一个方面也说明了Ti3C2原位生长TiO2异质结产生协同效应，提高了光催化效率。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种Ti3C2/TiO2在线异质结，其特征在于，包括六方晶系的Ti3C2及在所述六方晶系的Ti3C2表面生成的具有四方结构的形貌的TiO2。
2.一种如权利要求1所述的Ti3C2/TiO2在线异质结的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.以Ti3AlC2为制备Ti3C2材料的前驱体，以NaOH溶液为刻蚀液，在惰性气氛下，进行水热反应，纯化后，得到Ti3C2材料；
S2.研磨所述Ti3C2材料后，放入马弗炉进行煅烧，即得所述Ti3C2/TiO2在线异质结。
3.根据权利要求2所述的Ti3C2/TiO2在线异质结的制备方法，其特征在于，所述NaOH溶液的配制步骤为，将氮气通入至煮沸的纯水中，并加入固体NaOH，即得。
4.根据权利要求2所述的Ti3C2/TiO2在线异质结的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为280-300℃，反应的时间为12-14h，NaOH溶液浓度为27.5-33.5M。
5.根据权利要求2所述的Ti3C2/TiO2在线异质结的制备方法，其特征在于，所述煅烧温度为200℃-1000℃，升温速率为5-8℃/min，保温时间为2-6小时。
6.根据权利要求2所述的Ti3C2/TiO2在线异质结的制备方法，其特征在于，所述纯化步骤为，将所述水热反应的产物的下层悬浮液进行过滤分离，再以二甲基亚砜为分层试剂与所述过滤分离的产物混合，而后离心分离、清洗干燥。
7.一种如权利要求1所述的Ti3C2/TiO2在线异质结作为光催化剂材料的应用。
8.一种基于权利要求1所述的Ti3C2/TiO2在线异质结的Ti3C2/TiO2/Ag3PO4复合材料，其特征在于，包括Ag3PO4以及Ag3PO4负载的Ti3C2/TiO2复合物。
9.一种如权利要求8所述的Ti3C2/TiO2/Ag3PO4复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将Ti3C2/TiO2在线异质结超声分散于水中，加入硝酸银反应后，再滴加磷酸氢二钠搅拌反应，即得所述Ti3C2/TiO2/Ag3PO4复合材料。
10.一种如权利要求8所述的Ti3C2/TiO2/Ag3PO4复合材料在光催化降解罗丹明B中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310051383.4A CN115970684A (zh) | 2023-01-30 | 2023-01-30 | Ti3C2/TiO2在线异质结及其制备方法与应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310051383.4A CN115970684A (zh) | 2023-01-30 | 2023-01-30 | Ti3C2/TiO2在线异质结及其制备方法与应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115970684A true CN115970684A (zh) | 2023-04-18 |
Family
ID=85962962
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310051383.4A Pending CN115970684A (zh) | 2023-01-30 | 2023-01-30 | Ti3C2/TiO2在线异质结及其制备方法与应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115970684A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116554718A (zh) * | 2023-05-05 | 2023-08-08 | 江西昌浩实业有限公司 | 一种海胆状二氧化钛涂料的制备方法及用途 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106944116A (zh) * | 2017-02-21 | 2017-07-14 | 北京化工大学 | 氮化碳/二氧化钛纳米片阵列异质结光催化剂及制备方法 |
| US20200122130A1 (en) * | 2018-10-22 | 2020-04-23 | Soochow University | Two-dimensional nitrogen-doped carbon-based titanium dioxide composite material, and preparation method and application thereof for degrading and removing organic pollutants in water |
| US20200368731A1 (en) * | 2019-05-23 | 2020-11-26 | Soochow University | Titanium carbide nanosheet/layered indium sulfide heterojunction and application thereof in degrading and removing water pollutants |
-
2023
- 2023-01-30 CN CN202310051383.4A patent/CN115970684A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106944116A (zh) * | 2017-02-21 | 2017-07-14 | 北京化工大学 | 氮化碳/二氧化钛纳米片阵列异质结光催化剂及制备方法 |
| US20200122130A1 (en) * | 2018-10-22 | 2020-04-23 | Soochow University | Two-dimensional nitrogen-doped carbon-based titanium dioxide composite material, and preparation method and application thereof for degrading and removing organic pollutants in water |
| US20200368731A1 (en) * | 2019-05-23 | 2020-11-26 | Soochow University | Titanium carbide nanosheet/layered indium sulfide heterojunction and application thereof in degrading and removing water pollutants |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 周倩玉: "Ti3C2二维MXene材料光电催化特性研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》, no. 12, 15 December 2022 (2022-12-15), pages 4 * |
| 孙小卫;高娟;赵琳;查婷玉;: "TiO_2纳米片的合成、生长机制及其光催化活性", 安徽理工大学学报(自然科学版), no. 06, 15 November 2019 (2019-11-15) * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116554718A (zh) * | 2023-05-05 | 2023-08-08 | 江西昌浩实业有限公司 | 一种海胆状二氧化钛涂料的制备方法及用途 |
| CN116554718B (zh) * | 2023-05-05 | 2024-04-05 | 江西昌浩实业有限公司 | 一种海胆状二氧化钛涂料的制备方法及用途 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Cheng et al. | One-step microwave hydrothermal preparation of Cd/Zr-bimetallic metal–organic frameworks for enhanced photochemical properties | |
| Bibi et al. | Hybrid BiOBr/UiO-66-NH 2 composite with enhanced visible-light driven photocatalytic activity toward RhB dye degradation | |
| CN103480398B (zh) | 一种微纳结构石墨烯基复合可见光催化材料及其制备方法 | |
| Zhou et al. | Switching charge transfer of g-C3N4/BiVO4 heterojunction from type II to Z-scheme via interfacial vacancy engineering for improved photocatalysis | |
| Zhang et al. | Horizontally growth of WS 2/WO 3 heterostructures on crystalline gC 3 N 4 nanosheets towards enhanced photo/electrochemical performance | |
| Zhu et al. | Construction of 2D/2D TiO2/g-C3N4 nanosheet heterostructures with improved photocatalytic activity | |
| CN108927188B (zh) | 一种碳酸氧铋光催化剂及其制备方法 | |
| CN104772157A (zh) | 一种g-C3N4表面生长TiO2纳米晶的方法与应用 | |
| 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 | |
| LU500927B1 (en) | MoSe2/DEFECT-RICH ZnIn2S4/CdSe DUAL Z-SCHEME PHOTOCATALYST FOR PHOTOCATALYTIC WATER SPLITTING TO HYDROGEN | |
| Zhu et al. | Efficient photocatalytic water splitting through titanium silicalite stabilized CoO nanodots | |
| CN108855167A (zh) | 一种碳掺杂TiO2纳米多级结构材料及其应用 | |
| CN112958061B (zh) | 一种氧空位促进直接Z机制介孔Cu2O/TiO2光催化剂及其制备方法 | |
| CN115970684A (zh) | Ti3C2/TiO2在线异质结及其制备方法与应用 | |
| Ma et al. | Insight into the origin of photoreactivity of various well-defined Bi 2 WO 6 crystals: exposed heterojunction-like surface and oxygen defects | |
| Wei et al. | Triggering efficient photocatalytic water oxidation reactions over BaNbO2N by incorporating Ca at B site | |
| Kang et al. | Harmonious K–I–O co-modification of gC 3 N 4 for improved charge separation and photocatalysis | |
| CN111389421B (zh) | 一种二维层状氯氧铋和钛铌酸盐复合光催化材料的制备方法与应用 | |
| Wu et al. | Synthesis of AgBr/Ti 3 C 2@ TiO 2 ternary composite for photocatalytic dehydrogenation of 1, 4-dihydropyridine and photocatalytic degradation of tetracycline hydrochloride | |
| CN112121834A (zh) | 一种MXene/CdS复合光催化剂及其制备方法和在水裂解产氢中的应用 | |
| CN108993469B (zh) | 一种ZnO量子点TiO2纳米片复合结构及其制备方法 | |
| CN113493221A (zh) | 一种二氧化钼/二氧化钛纳米复合材料及其制备方法和应用 | |
| Huang et al. | Green hydrothermal synthesis of CeO2 NWs–reduced graphene oxide hybrid with enhanced photocatalytic activity | |
| CN115591558A (zh) | 一种复合光催化产氢材料NiTiO3/CdIn2S4的制备方法 | |
| CN108502853A (zh) | 一种MoSe2/g-C3N4异质结构的制备方法 |
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 |