[发明专利]纳米Ru修饰的TiO2

说明书

本发明公开了一种纳米Ru修饰的TiO₂‑Ti₃C₂光催化剂及制法，包括下述步骤：把二维层状Ti₃C₂与钌盐水溶液混合，在惰性气氛保护下搅拌3～6h，然后离心分离，得到Ti₃C₂/Ru粉末；将Ti₃C₂/Ru粉末与氟硼酸钠加入盐酸中，升温至180～220℃，密闭反应10～32h，制得TiO₂‑Ti₃C₂/Ru三元体系光催化剂。本发明方法制备的TiO₂‑Ti₃C₂/Ru复合光催化剂，其拥有独特的结构，即金属Ru唯独负载在Ti₃C₂载体上，TiO₂半导体上不存在金属Ru，达到了分离产氢位点(Ru)和光催化半导体(TiO₂)的目的。

技术领域

本发明属于材料领域，具体涉及TiO₂-Ti₃C₂/Ru复合光催化剂及其制备方法和用途。

背景技术

目前利用太阳能的方法主要有光电转换、光热转换和光化学转换等。光催化分解水制氢是太阳能光化学转换的重要组成部分，而且氢气也是一种重要的清洁能源。

2011年，Naguib等发现一种新型的类石墨烯二维材料。该材料为二维过渡金属碳化物，是经氢氟酸(HF)刻蚀三元陶瓷材料MAX的A层制备得到的，命名为MXene。MXene具有独特的形貌和结构、优异的力学性能和较高的载流子迁移率，在报道之后引起了广泛关注。并且MXene表面具有丰富的功能基团 (-F、-OH和-O)，对MXene的电子特性具有极大的影响，可通过调节表面功能基团的组成对电子特性进行调控，这为构筑MXene基复合催化剂并进一步调控催化剂的性能提供了可能性。经由HF刻蚀处理得到的MXene表面有大量的 -OH，使得该类MXene具有良好的亲水性。Ti₃C₂X₂的电导率略低于炭黑和 Ti₃AlC₂，但明显高于活性炭。

TiO₂是研究最多的半导体材料光催化剂之一，具有光催化效率高、稳定性好等优点，但其光生电子空穴复合率仍然很高。助催化剂的加入有助于分离光生电子和空穴，提高光催化活性。但是目前助催化剂仍然存在许多问题，如助催化剂的导电性较差，导致电子的传递效率不高；亲水性能较差，导致催化剂不能与水分子充分接触；助催化剂与半导体表面难以建立紧密的接触界面，不利于光生电荷的传递和催化剂的稳定性。MXene的二维形态与其导电性质可能有利于其作为助催化剂与其他半导体材料结合，用于光生电子和空穴的分离，而其良好的亲水性有利于催化剂与水分子的充分接触，提高光解水产氢性能。经过水热原位生长的得到的TiO₂/Ti₃C₂复合材料中，TiO₂和Ti₃C₂界面可形成异质结，有利于光生电子的传递。

专利CN107159286A中使用0.01M HNO₃作为氧化剂和溶剂，在160℃下水热反应12h，原位生长TiO₂，将所得样品在300℃加热1-2h，得到Ti₃C₂/TiO₂复合材料。