[发明专利]一种纳米贵金属修饰的Ag/MXene/TiO2

说明书

本发明公开了一种纳米贵金属修饰的Ag/MXene/TiO₂复合材料及其制备方法。其制备过程为先制得层状结构良好的二维片层材料MXene，将MXene超声均匀分散到AgNO₃水溶液中，随后加入含有氯化亚锡（SnCl₂）和三氟乙酸（CF₃COOH）的甲醛水溶液中，获得纳米Ag均匀分布的MXene复合材料，最后采用水热法，在MXene表面析出TiO₂片，获得纳米Ag修饰的MXene/TiO₂复合材料。该复合材料中纳米Ag和TiO₂片均分散均匀，所含比例可调，光催化性能较商用TiO₂（P25）有大幅提升。纳米Ag的添加增强了该复合材料在可见波段的吸收，该Ag/MXene/TiO₂三元复合材料作为催化剂材料在光电催化领域有潜在的应用。

技术领域

本发明涉及一种纳米贵金属修饰的Ag/MXene/TiO₂复合材料及其制备方法。

背景技术

环境污染和能源短缺是人类现今面临的主要问题。因此，人类一直致力于寻找简单、高效的催化剂来净化水资源和获得清洁能源。如降解水中的有机污染物，催化分解水得到清洁能源氢气和还原温室气体二氧化碳等。如二维材料（MXene、石墨烯、MoS₂、TiO₂片等）及其复合材料，在上述应用领域被广泛研究。

二氧化钛（TiO₂）作为一种常见的宽带隙半导体（锐钛矿TiO₂的禁带宽度为3.2 eV），由于价格低廉、无毒、化学性质稳定、制备简单等特点，被广泛应用于光催化领域。但由于其较宽的带隙，导致TiO₂的电子-空穴对复合较快，影响光催化效率，这较大限制了其在光催化领域的应用。对TiO₂进行修饰来延长电子-空穴分离时间，是目前提高其光催化效率的常用方法，如与碳材料（MXene、石墨烯等）、贵金属（Pt、Ag等）复合。

2011年，科学家Gogotsi和Barsoum等人利用氢氟酸（HF）刻蚀三维材料Ti₃AlC₂，将中间层Al刻蚀，得到二维片层材料Ti₃C₂，也称MXene。它不仅具备比表面积大、活性位点多、亲水性好、金属导电性好、化学组成可调性等优点，而且属于类石墨烯材料，带隙窄，易被激发，具有良好的电子传导能力和储备能力，近年来被广泛应用于光电催化领域。Ti₃C₂为构建TiO₂与碳质材料的复合，提供了一个天然的平台。其中碳质材料可以延长电子空穴对的寿命，调节带隙和吸附反应物。因此，拓展贵金属改性的MXene基复合物研究在光催化领域具有较大的潜力和前景。迄今为止，鲜有研究TiO₂、MXene和贵金属三元掺杂体系的光催化性能。本发明获得一种简单易得、具有良好光催化性能的Ag/MXene/TiO₂三元复合物材料。

发明内容

本发明要解决的技术问题，在于提供一种纳米贵金属修饰的Ag/MXene/TiO₂复合材料及其制备方法，使纳米Ag粒子和TiO₂纳米片在Ag/MXene/TiO₂三元复合物上均匀生长，该复合材料在紫外与可见波段的吸收明显增强，有利于电子-空穴对高效分离。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种纳米贵金属修饰的Ag/MXene/TiO₂复合材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤（1）将Ti₃AlC₂作为前驱体，用HF溶液进行刻蚀，所述刻蚀的温度为60℃，时间为24h。反应所得的产物MXene用去离子水洗净，真空干燥。