[发明专利]一种MXene/二氧化钛纳米管复合材料光催化剂及其制备方法

说明书

本发明属于催化剂技术领域。本发明公开了一种MXene/二氧化钛纳米管复合材料光催化剂，其由MXene材料与二氧化钛纳米管复合制得；本发明还公开了一种MXene/二氧化钛纳米管复合材料光催化剂的制备方法，其包括MXene材料的制备与MXene/二氧化钛纳米管复合材料的制备两个步骤。通过本发明制备的MXene/二氧化钛纳米管复合材料光催化剂由于MXene独特的层状结构，扩大了二氧化钛对光的响应范围，提高了电子‑空穴分离率，使得其在可见光作用下产生更高的光催化活性，在光催化领域有广泛的应用前景。而且本发明提供的合成方法具有工艺简单、耗能少、条件温和及产品形貌好等特点，适合大规模生产应用。

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，尤其是涉及一种MXene/二氧化钛纳米管复合材料光催化剂及其制备方法。

背景技术

随着工业化发展，能源短缺和环境污染问题日益严重，这迫使人们不断寻找清洁及可持续能源来改善环境和能源问题。氢是人们普遍认同的一种清洁能源载体。光催化制氢技术是目前具有很好的发展前景和应用前景的一种重要制氢途径之一，它能够极大地实现太阳能向化学能地转变，同时其也具有环境友好及稳定性高等特点。TiO₂是目前被广泛关注且最有前途的光催化剂之一。由于其具有光催化性能高、氧化效率高、无毒、成本低易得、绿色环保等优点，使得其在光电转换、分解水制氢产氧、降解污染物等方面得到广泛应用。

但是，TiO₂的禁带宽度较大（约3.2ev），只有在紫外光照射下才会成功激发产生电子-空穴对，显示出光化学活性，其对太阳光的利用效率极低（只有百分之五左右），这阻碍了二氧化钛在光催化技术领域的大规模应用；另外，TiO₂在光照下的光生电子-空穴对极容易复合，从而降低了其光催化效率，这成为了其作为光催化剂的很主要的一个缺点。因此，针对TiO₂存在的这些问题，人们想出一系列的策略方法，对TiO₂光催化剂做了改性处理，如贵金属负载改性、金属氧化物掺杂改性、半导体复合改性、离子掺杂改性等。在这些策略方法中，共催化剂能够与TiO₂产生协同作用，很好地增强TiO₂的光催化活性。然而，它们还存在许多缺点与不足，还存有很多值得改进和研究的空间。因此需要找到更好的修饰体系使其光催化性能得到提高。

TiO₂与二维层状材料的复合已被证明可以扩大TiO₂可见光的利用范围和抑制电子-空穴的复合，从而提高光催化活性，二维层状材料已然成为最具竞争力的助催化剂的候选材料。MXene是一种类石墨烯的新型二维层状材料，由于其独特的二维层状结构、较大的比表面积及良好的电子导电性和亲水性等特点，已开始被广泛研究和应用于光催化技术、生物传感器和超级电容器等众多领域，已经成为低维材料研究的前沿，并有望开辟新的科学技术领域。但是，目前关于TiO₂与MXene复合制备光催化剂中所产生的二氧化钛基本上都是颗粒状的，相比于管、片来说比表面积较小，极大地影响了肖特基势垒的形成，对在可见光下复合材料的光催化活性产生不利影响。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种具有较高的光催化活性的MXene/二氧化钛纳米管复合材料光催化剂，

本发明还提供了一种MXene/二氧化钛纳米管复合材料光催化剂的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种MXene/二氧化钛纳米管复合材料光催化剂，其由MXene材料与二氧化钛纳米管复合制得。

作为优选，MXene材料由Ti₃AlC₂经刻蚀后超声分层制得。

一种MXene/二氧化钛纳米管复合材料光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

a）MXene材料的制备：