CN113559834A - 一种Ti3C2MXene@TiO2/CuInS2催化材料及其制备方法和应用 - Google Patents
一种Ti3C2MXene@TiO2/CuInS2催化材料及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113559834A CN113559834A CN202110865349.1A CN202110865349A CN113559834A CN 113559834 A CN113559834 A CN 113559834A CN 202110865349 A CN202110865349 A CN 202110865349A CN 113559834 A CN113559834 A CN 113559834A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- mxene
- tio
- cuins
- catalytic material
- catalytic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 110
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N titanium dioxide Inorganic materials O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract description 104
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 15
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 29
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 29
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 23
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 claims abstract description 23
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims abstract 17
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims description 69
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 14
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N Ethylenediamine Chemical compound NCCN PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 6
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 5
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 5
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 5
- 238000010335 hydrothermal treatment Methods 0.000 claims description 5
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 claims description 5
- 229910021617 Indium monochloride Inorganic materials 0.000 claims description 4
- APHGZSBLRQFRCA-UHFFFAOYSA-M indium(1+);chloride Chemical compound [In]Cl APHGZSBLRQFRCA-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- 229910020808 NaBF Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 2
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims description 2
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 2
- 229910021591 Copper(I) chloride Inorganic materials 0.000 claims 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- OXBLHERUFWYNTN-UHFFFAOYSA-M copper(I) chloride Chemical compound [Cu]Cl OXBLHERUFWYNTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims 1
- 239000002060 nanoflake Substances 0.000 claims 1
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 abstract description 10
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 abstract description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 61
- 229910009819 Ti3C2 Inorganic materials 0.000 description 40
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 13
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical group OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 238000002173 high-resolution transmission electron microscopy Methods 0.000 description 10
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 9
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 8
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 7
- 238000004627 transmission electron microscopy Methods 0.000 description 7
- PSCMQHVBLHHWTO-UHFFFAOYSA-K indium(iii) chloride Chemical compound Cl[In](Cl)Cl PSCMQHVBLHHWTO-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 6
- 229910021592 Copper(II) chloride Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 5
- ORTQZVOHEJQUHG-UHFFFAOYSA-L copper(II) chloride Chemical compound Cl[Cu]Cl ORTQZVOHEJQUHG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 5
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 5
- 229910009818 Ti3AlC2 Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 4
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 4
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000001255 X-ray photoelectron diffraction Methods 0.000 description 3
- 238000000026 X-ray photoelectron spectrum Methods 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 239000003426 co-catalyst Substances 0.000 description 3
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 description 3
- NQTSTBMCCAVWOS-UHFFFAOYSA-N 1-dimethoxyphosphoryl-3-phenoxypropan-2-one Chemical compound COP(=O)(OC)CC(=O)COC1=CC=CC=C1 NQTSTBMCCAVWOS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 2
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000002524 electron diffraction data Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N heavy water Substances [2H]O[2H] XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 229910001495 sodium tetrafluoroborate Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 2
- 238000000101 transmission high energy electron diffraction Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- BERDEBHAJNAUOM-UHFFFAOYSA-N copper(I) oxide Inorganic materials [Cu]O[Cu] BERDEBHAJNAUOM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KRFJLUBVMFXRPN-UHFFFAOYSA-N cuprous oxide Chemical compound [O-2].[Cu+].[Cu+] KRFJLUBVMFXRPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 239000002055 nanoplate Substances 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000956 nontoxicity Toxicity 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- -1 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000004098 selected area electron diffraction Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
- B01J27/20—Carbon compounds
- B01J27/22—Carbides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
- B01J21/06—Silicon, titanium, zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
- B01J21/063—Titanium; Oxides or hydroxides thereof
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
- B01J27/02—Sulfur, selenium or tellurium; Compounds thereof
- B01J27/04—Sulfides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/39—Photocatalytic properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/50—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their shape or configuration
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/04—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of inorganic compounds, e.g. ammonia
- C01B3/042—Decomposition of water
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
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。
Description
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***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Mn+1AXn(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：
一种Ti3C2 MXene@TiO2/CuInS2催化材料，所述催化材料由Ti3C2 MXene、TiO2与CuInS2组成，且具有手风琴状/纳米片/纳米颗粒异质结构，其中CuInS2纳米颗粒的负载量为4-18％。
CuInS2(CIS)作为一种三元硫化物半导体，由于其窄带隙(～1.5eV)和合适的析氢导带(CB)势，是一种很有吸引力的可见光驱动光催化剂。此外，CIS在光催化水裂解过程中也表现出明显的稳定性。由于CIS的价带(VB)接近TiO2的CB，本发明在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再通过CIS与TiO2存在匹配的带隙结构，形成有效的阶梯结构异质结，再利用S型异质结的构建最大限度地提高了光诱导载流子的利用率。
本发明还提供了一种Ti3C2 MXene@TiO2/CuInS2催化材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
S1、将Ti3AlC2 MAX缓慢加入氢氟酸中刻蚀得Ti3C2 Mxene，然后离心用超纯水洗涤，再进行真空干燥；
S2、将Ti3C2 Mxene分散于含有HCl与NaBF4的水溶液中进行水热处理，干燥后得Ti3C2 MXene@TiO2复合材料；
S3、将InCl3·4H2O和CuCl2·2H2O分散于乙二胺中，然后加入硫粉和Ti3C2 MXene@TiO2复合材料进行热处理，冷却后经清洗干燥得Ti3C2 MXene@TiO2/CuInS2肖特基/S型集成异质结光催化材料。
在上述的一种Ti3C2 MXene@TiO2/CuInS2催化材料的制备方法中，步骤S1刻蚀温度为35-45℃、转速为250-360rpm，时间为20-30h。本发明通过刻蚀处理利用氢氟酸将Ti3AlC2MAX中的Al层刻蚀掉。
在上述的一种Ti3C2 MXene@TiO2/CuInS2催化材料的制备方法中，步骤S2水溶液中HCl与NaBF4的浓度皆为0.8-1.2M。
在上述的一种Ti3C2 MXene@TiO2/CuInS2催化材料的制备方法中，步骤S2水热处理温度为150-200℃，时间为20-30h。
在上述的一种Ti3C2 MXene@TiO2/CuInS2催化材料的制备方法中，步骤S3中InCl3·4H2O和CuCl2·2H2O的质量比为1:(1.4-2.1)。
作为优选，步骤S3中每50ml乙二胺中加入12-15mg InCl3·4H2O和22-25mgCuCl2·2H2O。
在上述的一种Ti3C2 MXene@TiO2/CuInS2催化材料的制备方法中，步骤S3中硫粉和Ti3C2 MXene@TiO2复合材料的质量比为(0.04-0.08)：1。
作为优选，步骤S3中每50ml乙二胺中加入5-6mg硫粉和90-110mg Ti3C2 MXene@TiO2。
在上述的一种Ti3C2 MXene@TiO2/CuInS2催化材料的制备方法中，步骤S3热处理温度为160-200℃，时间为2-18h。
本发明还提供了一种Ti3C2 MXene@TiO2/CuInS2催化材料在催化产氢中的应用。
在上述一种Ti3C2 MXene@TiO2/CuInS2催化材料在催化产氢中的应用中，将Ti3C2MXene@TiO2/CuInS2肖特基/S型集成异质结光催化材料超声分散于去离子水中，然后加入牺牲剂，在可见光光源照射下催化产氢。
作为优选，牺牲剂为甲醇。
作为优选，可见光光源为氙灯光源。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明所制备的Ti3C2 MXene@TiO2/CuInS2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。
2.本发明Ti3C2 MXene@TiO2/CuInS2催化材料制备过程简单，条件温和，反应易控制，具有很好的重复性，适用于大规模的工业生产中。
附图说明
图1为本发明实施例1所得的Ti3C2 MXene的扫描电镜(SEM)图片；
图2为本发明实施例1所得的Ti3C2 MXene的X射线衍射(XRD)图谱；
图3为本发明实施例1所得的Ti3C2 MXene@TiO2催化材料的低倍扫描电镜(SEM)图片；
图4为本发明实施例1所得的Ti3C2 MXene@TiO2催化材料的高倍扫描电镜(SEM)图片；
图5为本发明实施例1所得的Ti3C2 MXene@TiO2催化材料的X射线衍射(XRD)图谱；
图6为本发明实施例1所得的Ti3C2 MXene@TiO2/CuInS2催化材料的高倍扫描电镜(SEM)图片；
图7为本发明实施例1所得的Ti3C2 MXene@TiO2/CuInS2催化材料的X射线衍射(XRD)图谱；
图8为本发明实施例1所得的Ti3C2 MXene@TiO2/CuInS2催化材料的低倍透射电镜(TEM)图片；
图9为本发明实施例1所得的Ti3C2 MXene@TiO2/CuInS2催化材料的高倍透射电镜(TEM)图片；
图10为本发明实施例1所得的Ti3C2 MXene@TiO2/CuInS2催化材料的选区电子衍射(SAED)图片；
图11为本发明实施例1所得的Ti3C2 MXene@TiO2/CuInS2催化材料的高分辨透射电镜(HRTEM)图片；
图12为本发明实施例1所得的Ti3C2 MXene@TiO2/CuInS2催化材料的高分辨透射电镜(HRTEM)图片；
图13为本发明实施例1所得的Ti3C2 MXene@TiO2/CuInS2催化材料的高分辨透射电镜(HRTEM)图片；
图14为本发明实施例1所得的Ti3C2 MXene@TiO2/CuInS2催化材料的面扫描能谱谱；
图15为本发明实施例1所得的Ti3C2 MXene@TiO2/CuInS2催化材料的X光电子衍射(XPS)图谱；
图16为本发明实施例1所用前驱体Ti3AlC2 MAX的扫描电镜(SEM)图片；
图17为本发明实施例1所得的Ti3C2 MXene@TiO2催化材料的低倍透射电镜(TEM)图片；
图18为本发明实施例1所得的Ti3C2 MXene@TiO2催化材料的高倍透射电镜(TEM)图片；
图19为本发明实施例1所得的Ti3C2 MXene@TiO2催化材料的选区电子衍射(SAED)图片；
图20为本发明实施例1所得的Ti3C2 MXene@TiO2催化材料的高分辨率射电镜(TEM)图片；
图21为本发明实施例1所得的Ti3C2 MXene@TiO2催化材料的X光电子衍射(XPS)图谱；
图22为本发明实施例1所得的Ti3C2 MXene的扫描电镜(SEM)图片；
图23为本发明实施例1所得的Ti3C2 MXene的X射线衍射(XRD)图谱；
图24为本发明实施例1所得的CuInS2材料的X光电子衍射(XPS)图谱；
图25为本发明实施例1与对比例1、对比例2到的催化材料在不同光照时间下的光催化产氢对比图；
图26为本发明实施例1对比例1、对比例2得到的催化材料的光催化产氢速率对比图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1：
S1、将3g Ti3AlC2 MAX缓慢加入含有100ml氢氟酸的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)塑料容器中刻蚀24h得Ti3C2 Mxene，其中刻蚀温度为40℃，转速为300rpm。然后离心用超纯水洗涤至pH为6，再在60℃进行真空干燥。
S2、将400mg Ti3C2 Mxene分散于含有1M HCl与1M NaBF4的水溶液中进行180℃水热处理24h，然后用超纯水和无水乙醇洗涤，干燥后得Ti3C2 MXene@TiO2复合材料；
S3、将14.06mg InCl3·4H2O和24.18mg CuCl2·2H2O分散于50ml乙二胺中，然后加入5.29mg硫粉和100mg Ti3C2MXene@TiO2复合材料进行180℃热处理15h，冷却至室温后依次用稀释的1mol/L的HNO3和超纯水洗涤，然后干燥得Ti3C2MXene@TiO2/CuInS2催化材料。
对比例1：
与实施例1的区别，仅在于，对比例1未进行步骤S3 CuInS2材料的制备过程，最终产物为Ti3C2 MXene@TiO2材料。
对比例2：
与实施例1的区别，仅在于，对比例2仅有CuInS2材料的制备过程，具体为：将InCl3·4H2O和CuCl2·2H2O充分分散在乙二胺中，加入硫粉，并将该混合液转入水热釡中，在180℃下反应15小时后取出，离心洗后干燥得CuInS2材料。
应用实施例1：
称取0.01g实施例1中制得的Ti3C2 MXene@TiO2/CuInS2催化材料分散在80ml的去离子水和20ml甲醇组成的溶液中，超声分散10min后，置于光催化产氢真空***内。以300W氙灯作为模拟太阳光源催化产氢。
应用对比例1：
称取0.01g对比例1中制得的Ti3C2 MXene@TiO2材料分散在80ml的去离子水和20ml甲醇组成的溶液中，超声分散10min后，置于光催化产氢真空***内。以300W氙灯作为模拟太阳光源催化产氢。
应用对比例2：
称取0.01g对比例2中制得的CuInS2材料分散在80ml的去离子水和20ml甲醇组成的溶液中，超声分散10min后，置于光催化产氢真空***内。以300W氙灯作为模拟太阳光源催化产氢。
图1为所制备Ti3C2 MXene材料的扫描电镜图片。证明其具有典型的手风琴状结构。
图2为所制备Ti3C2 MXene材料的XRD衍射谱图。证明所制备的材料为Ti3C2。
图3为所制备的Ti3C2 MXene@TiO2催化材料的低倍扫描电镜图片。证明片状氧化钛在其具上的均匀生长。
图4为所制备的Ti3C2 MXene@TiO2催化材料的高倍扫描电镜图片。证明氧化钛纳米片在其上的均匀生长。
图5为所制备的Ti3C2 MXene@TiO2催化材料的X射线衍射图谱。证明Ti3C2 MXene被成功部分氧化成TiO2。
图6为所制备的Ti3C2 MXene@TiO2/CuInS2催化材料的高倍扫描电镜图片。证明CuInS2纳米颗粒在Ti3C2 MXene@TiO2之上的成功生长。
图7为所制备的Ti3C2 MXene@TiO2/CuInS2催化材料的X射线衍射图谱，证实所制备的材料为Ti3C2 MXene、TiO2与CuInS2的复合材料。
图8为所制备的Ti3C2 MXene@TiO2/CuInS2催化材料的低倍透射电镜照片。片状TiO2在其上的成功生长。
图9为所制备的Ti3C2 MXene@TiO2/CuInS2催化材料的高倍透射电镜照片。片状TiO2和CuInS2在MXene上的成功生长。
图10为所制备的Ti3C2 MXene@TiO2/CuInS2催化材料的选取电子衍射图谱。所制备的材料为Ti3C2 MXene、TiO2与CuInS2的复合材料。
图11为所制备的Ti3C2 MXene@TiO2/CuInS2催化材料的高分辨透射电镜图谱。再次证实部分Ti3C2 MXene被原位氧化得到的Ti3C2MXene@TiO2复合材料。
图12为所制备的Ti3C2 MXene@TiO2/CuInS2催化材料的高分辨透射电镜图谱。再次证实所制备的MXene部分氧化得到的TiO2与CuInS2的复合。
图13为所制备的Ti3C2 MXene@TiO2/CuInS2催化材料的高分辨透射电镜图谱。再次证实所制备的Ti3C2 MXene与CuInS2的复合。
图14为所制备的Ti3C2 MXene@TiO2/CuInS2催化材料的面扫描能谱图。检测到该材料主要含有C，Ti，O，Cu，In和S元素，再次佐证了所制备的材料为Ti3C2 MXene@TiO2与CuInS2的复合材料以及C，Ti，O，Cu，In和S在所制备的Ti3C2 MXene@TiO2/CuInS2异质结复合材料中均匀分布。
图15为所制备的Ti3C2 MXene@TiO2/CuInS2催化材料的X射线光电子能谱图。检测到该材料主要含有C，Ti，O，Cu，In和S元素，进一步佐证了所制备的材料为Ti3C2 MXene@TiO2与CuInS2的复合材料。
图16为Ti3AlC2前驱体的扫描电镜图片(SEM)。证实其具有典型的层叠块状结构。
图17为所制备的Ti3C2 MXene@TiO2催化材料的低倍透射电镜图谱。证实所制备的材料为Ti3C2 MXene被部分氧化生成片状TiO2。
图18为所制备的Ti3C2 MXene@TiO2催化材料的高倍透射电镜图谱。证实所制备的有TiO2附着在Ti3C2 MXene表面。
图19为所制备的Ti3C2 MXene@TiO2催化材料的选取电子衍射图谱。证实所制备的材料为Ti3C2 MXene@TiO2复合材料。
图20为所制备的Ti3C2 MXene@TiO2催化材料的高分辨透射电镜图谱。证实Ti3C2MXene@TiO2的成功制备，且TiO2的结晶性良好。
图21为所制备的Ti3C2 MXene@TiO2催化材料的X射线光电子能谱图。检测到该材料主要含有C，Ti和O元素，进一步佐证了所制备的材料为Ti3C2 MXene@TiO2材料。
图22为CuInS2的扫描电镜图。证实其具有块状结构。
图23为CuInS2的X射线衍射谱图。证明所制备材料确实为CuInS2。
图24为所制备的CuInS2催化材料的X射线光电子能谱图。检测到该材料主要含有Cu，In和S元素，进一步佐证了所制备的材料为CuInS2材料。
图25为应用实施例1与应用对比例1、应用对比例2所制备的催化材料在不同光照时间下的光催化产氢性能对比图.结果表明本发明所制备的Ti3C2 MXene@TiO2/CuInS2材料用作光催化剂时相比Ti3C2 MXene@TiO2与纯CuInS2材料具有显著提高的光催化产氢性能，在21小时光照后，其产氢量可达7481.76μmol·g-1,而Ti3C2 MXene@TiO2仅为107.91μmol·g-1，CuInS2则几乎为零。
图26为本发明为应用实施例1与应用对比例1、应用对比例2的催化材料的光催化产氢速率对比，结果表明本发明所制备的Ti3C2 MXene@TiO2/CuInS2材料用作光催化剂时相比Ti3C2MXene@TiO2与纯CuInS2材料具有显著提高光催化产氢速率，其速率可达356.27μmol·g-1·h-1，而Ti3C2 MXene@TiO2仅为5.13μmol·g-1，而纯CuInS2则几乎没有光催化活性。
本处实施例对本发明要求保护的技术范围中点值未穷尽之处以及在实施例技术方案中对单个或者多个技术特征的同等替换所形成的新的技术方案，同样都在本发明要求保护的范围内；同时本发明方案所有列举或者未列举的实施例中，在同一实施例中的各个参数仅仅表示其技术方案的一个实例(即一种可行性方案)，而各个参数之间并不存在严格的配合与限定关系，其中各参数在不违背公理以及本发明述求时可以相互替换，特别声明的除外。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。以上所述是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (10)
1.一种Ti3C2 MXene@TiO2/CuInS2催化材料，其特征在于，所述催化材料由Ti3C2 MXene、TiO2与CuInS2组成，且具有手风琴状/纳米片/纳米颗粒异质结构，其中CuInS2纳米颗粒的负载量为4-18％。
2.一种如权利要求1所述的Ti3C2 MXene@TiO2/CuInS2催化材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1、将Ti3AlC2 MAX缓慢加入氢氟酸中刻蚀得Ti3C2 Mxene，然后离心用超纯水洗涤，再进行真空干燥；
S2、将Ti3C2 Mxene分散于含有HCl与NaBF4的水溶液中进行水热处理，干燥后得Ti3C2MXene@TiO2复合材料；
S3、将InCl3·4H2O和CuCl2·2H2O分散于乙二胺中，然后加入硫粉和Ti3C2 MXene@TiO2复合材料进行热处理，冷却后经清洗干燥得Ti3C2 MXene@TiO2/CuInS2肖特基/S型集成异质结光催化材料。
3.根据权利要求2所述的一种Ti3C2 MXene@TiO2/CuInS2催化材料的制备方法，其特征在于，步骤S1刻蚀温度为35-45℃、转速为250-360rpm，时间为20-30h。
4.根据权利要求2所述的一种Ti3C2 MXene@TiO2/CuInS2催化材料的制备方法，其特征在于，步骤S2水溶液中稀盐酸与NaBF4的浓度皆为0.8-1.2M。
5.根据权利要求2所述的一种Ti3C2 MXene@TiO2/CuInS2催化材料的制备方法，其特征在于，步骤S2水热处理温度为150-200℃，时间为20-30h。
6.根据权利要求2所述的一种Ti3C2 MXene@TiO2/CuInS2催化材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中InCl3·4H2O和CuCl2·2H2O的质量比为1:(1.5-2)。
7.根据权利要求2所述的一种Ti3C2 MXene@TiO2/CuInS2催化材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中硫粉和Ti3C2 MXene@TiO2复合材料的质量比为(0.05-0.1)：1。
8.根据权利要求2所述的一种Ti3C2 MXene@TiO2/CuInS2催化材料的制备方法，其特征在于，步骤S3热处理温度为160-200℃，时间为2-18h。
9.一种如权利要求1所述的Ti3C2 MXene@TiO2/CuInS2催化材料在催化产氢中的应用。
10.根据权利要求9所述的一种Ti3C2 MXene@TiO2/CuInS2催化材料在催化产氢中的应用，其特征在于，将Ti3C2MXene@TiO2/CuInS2肖特基/S型集成异质结光催化材料超声分散于去离子水中，然后加入牺牲剂，在可见光光源照射下催化产氢。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110865349.1A CN113559834A (zh) | 2021-07-29 | 2021-07-29 | 一种Ti3C2MXene@TiO2/CuInS2催化材料及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110865349.1A CN113559834A (zh) | 2021-07-29 | 2021-07-29 | 一种Ti3C2MXene@TiO2/CuInS2催化材料及其制备方法和应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113559834A true CN113559834A (zh) | 2021-10-29 |
Family
ID=78169110
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110865349.1A Pending CN113559834A (zh) | 2021-07-29 | 2021-07-29 | 一种Ti3C2MXene@TiO2/CuInS2催化材料及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113559834A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114933327A (zh) * | 2022-06-13 | 2022-08-23 | 佛山(华南)新材料研究院 | 一种制氢材料及其制备方法、应用 |
| CN115814828A (zh) * | 2022-11-17 | 2023-03-21 | 天津大学 | 一种利用铜分布模式改变过一硫酸盐降解污染物路径的方法和复合催化剂的制备方法及应用 |
| CN115924984A (zh) * | 2022-08-31 | 2023-04-07 | 青岛大学 | 铁离子掺杂的CoS2/MXene异质结构复合材料的制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109794281A (zh) * | 2019-03-14 | 2019-05-24 | 东华大学 | 一种基于MXene材料制备碳氮共掺杂纳米TiO2光催化剂的方法 |
| CN111921550A (zh) * | 2020-07-17 | 2020-11-13 | 杭州师范大学 | 一种MXene/二氧化钛纳米管复合材料光催化剂及其制备方法 |
| CN112827503A (zh) * | 2020-12-01 | 2021-05-25 | 南京工业大学 | 一种2D/2D硫化铟锌/MXene光催化异质结产氢材料及其制备方法 |
| CN113070074A (zh) * | 2021-03-31 | 2021-07-06 | 青岛大学 | 一种Ti3C2-MXene/ZnIn2S4复合光催化剂的制备方法及其应用 |
-
2021
- 2021-07-29 CN CN202110865349.1A patent/CN113559834A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109794281A (zh) * | 2019-03-14 | 2019-05-24 | 东华大学 | 一种基于MXene材料制备碳氮共掺杂纳米TiO2光催化剂的方法 |
| CN111921550A (zh) * | 2020-07-17 | 2020-11-13 | 杭州师范大学 | 一种MXene/二氧化钛纳米管复合材料光催化剂及其制备方法 |
| CN112827503A (zh) * | 2020-12-01 | 2021-05-25 | 南京工业大学 | 一种2D/2D硫化铟锌/MXene光催化异质结产氢材料及其制备方法 |
| CN113070074A (zh) * | 2021-03-31 | 2021-07-06 | 青岛大学 | 一种Ti3C2-MXene/ZnIn2S4复合光催化剂的制备方法及其应用 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| KELEI HUANG等: "In-situ construction of ternary Ti3C2 MXene@TiO2/ZnIn2S4 composites for highly efficient photocatalytic hydrogen evolution", 《JOURNAL OF COLLOID AND INTERFACE SCIENCE》 * |
| QIAORAN LIU等: "MXene as a non-metal charge mediator in 2D layered CdS@Ti3C2@TiO2 composites with superior Z-scheme visible light-driven photocatalytic activity", 《ENVIRONMENTAL SCIENCE: NANO》 * |
| RONGAN HE等: "S-scheme photocatalyst Bi2O3/TiO2 nanofiber with improved photocatalytic performance", 《JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE & TECHNOLOGY》 * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114933327A (zh) * | 2022-06-13 | 2022-08-23 | 佛山(华南)新材料研究院 | 一种制氢材料及其制备方法、应用 |
| CN114933327B (zh) * | 2022-06-13 | 2023-12-01 | 佛山(华南)新材料研究院 | 一种制氢材料及其制备方法、应用 |
| CN115924984A (zh) * | 2022-08-31 | 2023-04-07 | 青岛大学 | 铁离子掺杂的CoS2/MXene异质结构复合材料的制备方法 |
| CN115924984B (zh) * | 2022-08-31 | 2023-11-17 | 青岛大学 | 铁离子掺杂的CoS2/MXene异质结构复合材料的制备方法 |
| CN115814828A (zh) * | 2022-11-17 | 2023-03-21 | 天津大学 | 一种利用铜分布模式改变过一硫酸盐降解污染物路径的方法和复合催化剂的制备方法及应用 |
| CN115814828B (zh) * | 2022-11-17 | 2023-11-10 | 天津大学 | 一种利用铜分布模式改变过一硫酸盐降解污染物路径的方法和复合催化剂的制备方法及应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Huang et al. | BiVO4 microplates with oxygen vacancies decorated with metallic Cu and Bi nanoparticles for CO2 photoreduction | |
| CN109967104B (zh) | 纳米Ru修饰的TiO2-Ti3C2光催化剂及制法 | |
| CN113559834A (zh) | 一种Ti3C2MXene@TiO2/CuInS2催化材料及其制备方法和应用 | |
| CN109876843B (zh) | 铜合金修饰二氧化钛/氮化碳异质结光催化剂及制备方法 | |
| CN109261217B (zh) | 具有核壳结构的Co-ZIF-67@α-TiO2复合光催化材料的制备方法 | |
| CN113578297B (zh) | 一种氧封端单层碳化钛复合二氧化钛光催化剂及其制备方法 | |
| CN108671907B (zh) | 一种铂/二氧化钛纳米花复合材料及其制备方法与应用 | |
| CN112495401B (zh) | 一种Mo掺杂MoO3@ZnIn2S4 Z体系光催化剂及其制备方法与应用 | |
| CN108479810A (zh) | 一种WS2/ZnIn2S4复合可见光催化剂及其制备方法 | |
| CN111203231A (zh) | 硫化铟锌/钒酸铋复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN102698728A (zh) | 一种二氧化钛纳米管/石墨烯复合材料及其制备方法 | |
| CN108855167A (zh) | 一种碳掺杂TiO2纳米多级结构材料及其应用 | |
| CN105709793A (zh) | 硫化镉纳米粒子修饰的五氧化二铌纳米棒/氮掺杂石墨烯复合光催化剂、制备方法与应用 | |
| CN113751029A (zh) | 一种Co9S8/ZnIn2S4光催化产氢材料及其制备方法和应用 | |
| CN113751049B (zh) | 一种碳化钛/氮化碳复合光催化剂的制备方法、产品及应用 | |
| CN108671955A (zh) | 一种光解水产氢复合催化剂及其制备方法 | |
| CN113385193A (zh) | 一种CdZnS超细纳米颗粒负载的In2O3梭形纳米棒复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN111185210A (zh) | 二碳化三钛/二氧化钛/黑磷纳米片复合光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN112619647A (zh) | Co-MOF衍生的四氧化三钴复合二氧化钛异质结的制备方法及电解水应用 | |
| CN113058617A (zh) | 一种光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN111905766A (zh) | 一种0D/1D W18O49/CdS Z-型可见光催化剂的制备方法及应用 | |
| CN113663705A (zh) | 一种钒酸镧/石墨相氮化碳复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN112657516A (zh) | 一种直接z型光催化剂及其制备方法和应用 | |
| Liu et al. | MOF-derived hollow octahedral CoxP/MOF-801 pn heterojunction for efficient photocatalytic hydrogen production | |
| Kali et al. | Research progress of MXenes and MXenes-based catalysts for photocatalytic water splitting: A systematic review |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |