二维Ti3C2Tx复合半导体材料的能带调控及光催化性能研究

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MXene因其独特的二维层状结构,大比表面积,优异导电性和较高热稳定性而被广泛应用于催化、吸附及储能等诸多领域。本文采用自蔓延工艺合成Ti3AlC2陶瓷,并通过化学刻蚀得到Ti3C2TX(T=OH,F或O)二维层状结构的纳米粉体。研究了Ti3C2TX复合材料的能带调控及光催化降解性能,得到主要结论如下:1、利用自蔓延高温合成法制备Ti3AlC2陶瓷,以Ti、Al、C、TiC粉体为原料,通过改变原料摩尔比,研究TiC和Al添加量对Ti3AlC2陶瓷合成的影响,确定最佳摩尔比为n(Ti)∶n(Al)∶n(C)=2∶1.7∶1。2、采用化学刻蚀法制备二维层状结构Ti3C2TX。在室温和60 oC下,随着刻蚀时间延长对Ti3AlC2粉体中Al原子层的刻蚀程度增大,片层间距逐渐扩大。在60 oC下刻蚀20 h,可得到分层效果明显的Ti3C2TX。3、以去离子水(H2O)、乙醇(C2H6O)和异丙醇(C3H8O)作为诱导剂,通过溶剂热法制备TiO2/Ti3C2TX复合材料。采用C3H8O作为诱导剂制备的复合材料光催化活性最好,TiO2/Ti3C2TX-C3H8O在汞光照射75 min后可降解90.5%的甲基橙(MO),在氙光照射240 min后可降解89.7%的MO。4、通过改变溶剂热反应时间,优化TiO2纳米颗粒在Ti3C2TX层状结构上均匀生长。汞光照射75 min后,TiO2/Ti3C2TX-36h复合材料对MO降解了92.7%,降解速率常数为0.0348 min-1。氙光照射240 min后,TiO2/Ti3C2TX-24h复合材料对MO降解了89.7%,降解速率常数约0.0091 min-1。5、通过改变NaBF4的添加量和反应温度,可制备暴露晶面TiO2/Ti3C2TX复合材料。汞光照射50 min后,暴露晶面TiO2/Ti3C2TX-200oC复合材料对MO降解了92.0%,氙光照射120 min后,可降解90.0%的MO。所制备的暴露晶面TiO2/Ti3C2TX复合材料具有较高的光催化性。
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