[发明专利]一种氧化亚铜与二碳化三钛异质结复合材料的制备方法及其光催化还原二氧化碳的应用

说明书

本发明公开了一种氧化亚铜与二碳化三钛异质结复合材料的制备方法及其光催化还原二氧化碳的应用。该方法通过HF刻蚀Ti₃AlC₂制备二碳化三钛；然后通过DMSO搅拌和超声的方式制备二碳化三钛纳米片，再在水热条件下原位生长Cu₂O于二碳化三钛纳米片上得到氧化亚铜与二碳化三钛异质结复合材料。本发明首次构建Cu₂O/MXene异质结复合材料，将其作为光催化剂，在氙灯照射下模拟CO₂还原，六角星状的Cu₂O与二维的MXene纳米片之间致密的接触不仅提升了催化剂的导电性，而且有助于促进了电子空穴的分离效率，提高了Cu₂O光学吸收及光催化活性性能。

技术领域

本发明属于异质结光催化剂制备技术领域，具体涉及到一种氧化亚铜与二碳化三钛异质结复合材料的制备方法及其光催化还原二氧化碳的应用。

背景技术

近年来，传统化石能源的大量燃烧导致了能源短缺，环境污染和全球变暖等一系类严重的问题，正在不断影响着人们的生产生活方式。二氧化碳是最主要的温室气体之一，导致了全球变暖和海平面的上升，自从1750年到2017年初，其浓度从280ppm增加到了406ppm。为了缓解这种困境，全球研究人员付出了巨大努力，致力于将二氧化碳转化为碳氢化合物或其他碳基化学品，如一氧化碳，甲烷和甲醇等，从而进一步利用他们。自1978年，Halmann通过光电化学将二氧化碳转化为有机物后，太阳能驱动的光催化二氧化碳还原被成为了最有前途的方式之一。目前，科学家已开发出各种用于CO₂还原的光催化剂，如金属氧化物(ZnO，TiO₂，Bi₂O₃)和硫化物(ZnIn₂S₄)，层状双氢氧化物(LDHs)，金属有机骨架(MOF)和多金属氧酸盐(POMs)等，然而低的还原电位限制了其催化活性的提升。

Cu₂O是一种典型的p型半导体，具有窄带隙(2.0eV)和高的还原电势，对CO₂还原展现出了高光催化活性。然而，Cu₂O的光腐蚀是不容忽视的，因为一部分Cu⁺在水溶液中歧化成Cu²⁺和Cu。因此，构建优异光稳定性的Cu₂O基异质结的构造是重要的，这对于CO₂的高效光还原也是十分必需的。

MXene作为二维层状金属碳化物的新族，可以提供大的表面积，超薄厚度，丰富的催化活性位点和高比例的配位不饱和表面位点。这些优势使得MXene在光催化领域中具有潜在的应用价值，赋予了光催化剂优异的光捕获性能和低的电荷复合率。此外，MXene的光热协同效应也可以提高光催化反应速率。

发明内容

本发明的目的是提供了一种氧化亚铜与二碳化三钛异质结复合材料的制备方法及其光催化还原二氧化碳制备甲烷和一氧化碳的应用。本发明首次构建Cu₂O/MXene异质结复合材料，将其作为光催化剂，在氙灯照射下模拟CO₂还原，六角星状的Cu₂O与二维的MXene纳米片之间致密的接触不仅提升了催化剂的导电性，而且有助于促进了电子空穴的分离效率，提高了Cu₂O光学吸收及光催化活性性能。

本发明所述的氧化亚铜与二碳化三钛异质结复合材料的制备方法为：通过HF刻蚀Ti₃AlC₂制备二碳化三钛；然后通过DMSO搅拌和超声的方式制备二碳化三钛纳米片，再在水热条件下原位生长Cu₂O于二碳化三钛纳米片上得到氧化亚铜与二碳化三钛异质结复合材料。

本发明所述的氧化亚铜与二碳化三钛异质结复合材料的制备方法的具体步骤为：