[发明专利]一种新型MXene/TiO2

说明书

本发明公开了一种新型MXene/TiO₂/g‑C₃N₄复合材料及其制备方法，这里的MXene包括Mo₂TiC₃、Ti₃C₂、Ti₂C、Nb₂C和Nb₄C₃等。以g‑C₃N₄和MXene为基底，采用原位法制备MXene/TiO₂/g‑C₃N₄复合材料。其过程为先制得g‑C₃N₄与二维片层材料MXene，往MXene与g‑C₃N₄内加入钛酸四丁酯，随后加入氢氟酸和无水乙醇，获得MXene/TiO₂/g‑C₃N₄复合材料。本发明采用的制备过程简单，制得的混合相MXene/TiO₂/g‑C₃N₄复合材料中TiO₂以微球的形式分布在MXene片层表面，g‑C₃N₄分布在TiO₂微球和层状MXene表面，增强了复合材料电荷分离效率。该新型MXene/TiO₂/g‑C₃N₄复合材料可作为催化剂材料在光催化领域应用。

技术领域

本发明涉及一种新型MXene/TiO₂/g-C₃N₄复合材料的制备方法。

背景技术

近年来，随着我国经济的快速发展，工业废水和生活污水的排放对水资源造成严重的污染，加剧了水资源的短缺，并严重影响人们的正常生活。因此，迫切需要开发一种高效、环保的废水处理技术来解决水污染问题。在探索新型降解技术的过程中，新型光催化材料因其清洁、安全、高效等优势受到广泛关注。

TiO₂由于具备稳定的理化性能，无毒且成本低廉，成为最具代表性的半导体光催化剂之一。但TiO₂的带隙相对较宽（3.2 eV），限制了其光响应范围；同时，光生电子-空穴对的高复合率也导致其光催化效率低。为了改善上述缺点，目前的研究主要集中在将TiO₂与金属、金属氧化物或其他半导体进行复合使其吸收边缘红移，增强TiO₂对可见光的吸收，同时促进其电子-空穴对的高效分离以达到提高光催化性能的目的。

过渡金属碳化物（MXene）材料是近几年新兴的二维（2D）材料，丰富的元素组成和结构可调性赋予了该材料丰富的物理化学性质，并逐渐在2D材料中脱颖而出。MXene的化学式为M_n+1X_nT_x ，其中M指过渡金属（如Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Sc等），X表示C或N（n一般为1-3），T表示表面基团（如-O、-OH、-F等）。Ti₃C₂作为MXene材料之一，表面拥有大量的亲水基团（-OH、-O、-F等），这些功能基团能够有助于在Ti₃C₂与半导体材料之间构筑起牢固的连接。此外，Ti₃C₂具有优良的金属导电性，能够确保载流子在其表面进行有效的迁移，这使Ti₃C₂作为助催化剂在光催化领域拥有巨大的应用潜力。