[发明专利]一种Ti3

说明书

本发明属于光催化剂材料制备技术领域，具体涉及一种Ti₃C₂MXene@TiO₂/CuInS₂肖特基/S型集成异质结光催化材料及其制备方法和应用。本发明所制备的Ti₃C₂MXene@TiO₂/CuInS₂肖特基/S型集成异质结光催化材料具有手风琴状/纳米片/纳米颗粒结构，可有效地应用在光催化分解水产氢中，具有高效性和稳定性。

技术领域

本发明属于光催化剂材料制备技术领域，具体涉及一种Ti₃C₂MXene@TiO₂/CuInS₂催化材料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，由于对煤、石油、天然气等不可再生化石燃料的过度消耗，人类面临着日益严重的能源危机和污染问题。因此，开发可持续的、清洁的能源来取代传统的化石燃料迫在眉睫。众所周知，氢气(H₂)能量密度高，燃烧只产生H₂O，是化石燃料的理想清洁替代能源。在各种产氢策略中，光催化水裂解产氢被认为是最优的、环境友好的实际应用方法之一。

自1972年Fujishima和Honda在TiO₂光电极上首次发现水分裂以来，许多半导体材料被用作光催化制氢的光催化剂，如ZnO、CdS、Cu₂O等。然而，TiO₂由于其低成本、可用性、无毒、合适的能带结构、强的化学和热稳定性，仍然是研究最多的光催化制氢半导体材料。遗憾的是，TiO₂的捕光能力低、H₂演化反应动力学迟钝、光生电子-空穴对的快速复合等固有缺陷阻碍了TiO₂的实际应用。因此，为了提高TiO₂基光催化剂的产氢活性，人们提出了大量的策略，主要包括元素掺杂、缺陷引入、异质结构建和共催化剂修饰。其中，负载共催化剂和构建异质结是改善TiO₂的电子和空穴分离的两种有效方法。二氧化钛基光催化剂经常使用贵金属作为助催化剂，这导致了成本的急剧增加。因此，开发一种低成本的TiO₂共催化剂是十分必要的。

MXenes是一种新兴的二维(2D)层状过渡金属碳化物材料，通常通过选择性刻蚀母相M_n+1AX_n(MAX)来合成，其中M、a和X分别代表过渡金属、第三或第四主族元素氮或碳。由于MXenes具有高比表面积、金属电导率和亲水性等特性，在TiO₂基光催化中显示出了巨大的潜力。由于MXenes具有良好的金属导电性，可以作为TiO₂的电子储层。因此，当MXene与TiO₂杂化时，常在MXene与TiO₂的界面形成肖特基势垒，有利于光激发载流子转移和分离。此外，MXene通常具有丰富的表面基团和丰富的暴露金属位点，这也促进了H₂的析出反应速率。特别是Ti₃C₂基MXene由于其优异的结构稳定性和高导电性而成为研究最多的TiO₂共催化剂。此外，Ti₃C₂ MXene可以在不添加钛的情况下部分氧化成TiO₂，形成Ti₃C₂@TiO₂杂化体。目前已有Ti₃C₂@TiO₂基混合光催化剂用于氢气生产的报道，但由于可见光捕获能力差，活性仍不理想。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种具有高效性和稳定性的Ti₃C₂ MXene@TiO₂/CuInS₂肖特基/S型集成异质结光催化材料。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：