[发明专利]一种TiO2-Ti3C2-CoSx纳米晶体光催化剂及其制备方法

说明书

本发明属于纳米材料制备领域，具体涉及一种TiO₂‑Ti₃C₂‑CoS_x纳米晶体光催化剂及其制备方法，以ZIF‑67为模板，采用高导电性物质作为电荷传输桥梁，利用溶剂热技术一步法制备出具有约束纳米晶体尺寸的TiO₂‑Ti₃C₂‑CoS_x异质结构。本发明所述的ZIF‑67衍生的CoS_x和Ti₃C₂的共同负载提高了TiO₂中光生载流子对的传输和利用效率，同时解决了TiO₂在高温下易团聚的问题，并克服了其光催化制氢性能较弱的缺点。此外，本发明反应条件温和、材料成本低廉，操作简单，对设备要求低，为设计和制备高效、绿色的光催化剂提供了理论指导和技术支持。

技术领域

本发明涉及半导体光催化剂的制备技术领域，具体涉及用溶剂热技术一步法制备出TiO₂-Ti₃C₂-CoS_x纳米晶体光催化剂。所制备的TiO₂-Ti₃C₂-CoS_x纳米晶体光催化剂具有结晶度高、光催化产氢性能好等优点。

背景技术

基于半导体光催化技术的光催化析氢反应（HER）被认为是实现清洁氢能的最有效途径之一。在各种光催化剂中，TiO₂因其具有强大的氧化性、环境友好性和长期光催化稳定性而得到了广泛研究。然而，由于光生载流子对的运输、分离和利用效率有限，极大地限制了其析氢效率。

设计新型TiO₂基异质结构，不仅可以提高分离效率，而且可以提高载流子的利用率，对促进HER光催化性能具有特别重要的作用。此外，除了异质结构的形成外，由于HER的表面特征，催化剂的形态对光催化性能也会起到重要作用。因此，迫切需要寻找一种有效的方法来构建具有高孔隙形态的异质结。金属有机骨架（MOF）模板化的纳米多孔衍生物，如纳米多孔碳、碳化物、硫化物、磷化物，由于其具有很高的表面积，而且包裹的MOF 还可以调节主体半导体的形态，因而具有很强的应用潜力，引起了很大关注。。

除了电荷载体的利用和分离外，转运效率也是影响光催化HER活性的重要因素。MXenes是一组2D碳基材料，由于其高导电性、表面亲水性和良好的稳定性而受到广泛关注。值得注意的是MXenes作为连接半导体和助催化剂的桥梁，可以促进电荷载体的输送效率，并调节多组分催化剂体系中的催化性能。本发明将半导体光催化剂和导电纳米结构相结合，显著改善了光催化性能。

发明内容

本发明的目的在于研发了TiO₂-Ti₃C₂-CoS_x纳米晶体光催化剂并提供了一步法制备该光催化剂的方法。该方法制备的TiO₂-Ti₃C₂-CoS_x光催化剂具有分散性能好、比表面积大、光催化产氢效率高的优点，同时由于使用溶剂热法一步制备出光催化剂，使得制备过程更加简单、高效。

本发明是通过以下措施实现的:

TiO₂-Ti₃C₂-CoS_x纳米晶体光催化剂的制备方法，采用以下步骤:

（1）无定型TiO₂的制备：将钛盐加入到10mL~500mL甲醇中，室温下搅拌5min~90min，边搅拌边缓慢滴加去离子水，等到钛盐充分水解后，形成乳白色的悬浊液，将悬浊液离心分离得到白色沉淀物，再将白色沉淀物用乙醇和去离子水反复清洗，在50℃~120℃下烘干，得到无定型TiO₂。