[发明专利]一种CdSe/MXene复合光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于光催化产氢技术领域，具体为一种CdSe/MXene复合光催化剂及其制备方法和应用。本发明以CdSe纳米棒为主体催化剂，通过原位水热法将CdSe负载到MXene纳米片表面，得到具有高产氢活性和优良稳定性的CdSe/MXene复合催化剂。复合催化剂高效的光解水产氢性能得益于CdSe纳米棒与MXene纳米片之间紧密的相互作用，光生电子‑空穴的有效抑制及光生电荷的有效分离。同时，CdSe/MXene复合催化剂的回收简便，循环套用多次仍表现出高活性特质，符合绿色经济要求。本发明为新型高效可见光催化剂的设计及开发提供了新路径。

技术领域

本发明属于光催化产氢技术领域，具体涉及一种CdSe/MXene复合光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

如今，在资源短缺和环境污染日益严峻的形势下，太阳能因其取之不尽、用之不竭和可再生的特点，被认为是一种有前途的化石燃料替代品。光催化分解水制氢是将太阳能转化为化学能的重要途径之一，其关键技术在于开发高效率、高稳定性、低成本的光催化剂。

在各种半导体光催化剂中，CdSe因其合适的带隙、在可见区的强吸收和高化学稳定性而备受关注。然而，由于光生载流子的快速复合，单独CdSe的产氢性能仍然不令人满意。为了解决这个问题，一种新型的MXene材料（Ti₃C₂），由于其优良的导电性、亲水性、大的超薄二维界面以及表面大量的活性位点，可以促进CdSe的电荷-载体分离。因此，通过LiF和HCl的原位刻蚀以及随后的溶剂剥离，从分层的Ti₃AlC₂制备了二维Ti₃C₂ MXene纳米片。然后，通过原位水热法将CdSe纳米棒固定在Ti₃C₂ MXene上，合成了一系列不同Ti₃C₂含量的CdSe/MXene纳米复合材料。据我们所知，到目前为止，尚没有关于CdSe/MXene制备的研究报道。基于此，本发明将CdSe纳米棒固定在Ti₃C₂ MXene纳米片上，在界面形成紧密的相互作用，从而形成CdSe/MXene复合光催化剂。利用CdSe稳定的光化学性和优良的物化性质，Ti₃C₂MXene纳米片独特的光吸收能力、超快的载流子迁移率，拓展了光谱吸收范围，加速电荷分离，延长电子空穴对的寿命，实现光催化分解水产氢活性的显著提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光催化分解水产氢活性高的CdSe/MXene复合光催化剂及其制备方法和应用。

本发明提供的CdSe/MXene复合光催化剂的制备方法，以新型二维层状Ti₃C₂ MXene纳米片为基底，通过原位水热法在Ti₃C₂ MXene纳米片上原位生长CdSe纳米棒，实现层状Ti₃C₂ MXene与棒状CdSe催化剂的紧密结合，从而形成稳定高效的CdSe/MXene复合光催化剂，具体步骤如下：

（1）制备二维层状Ti₃C₂ MXene分散液；具体过程为：将Ti₃AlC₂ 粉末缓慢加入LiF和盐酸的混合溶液中搅拌，搅拌均匀后转入恒温水浴锅中恒温刻蚀，刻蚀后经水洗、离心、超声剥离再离心得到均匀的Ti₃C₂ MXene分散液；

（2）原位水热法制备CdSe/MXene复合光催化剂；将CdCl₂·2.5H₂O、DETA、一水合肼、硒粉溶于水中，形成前驱体溶液，将步骤（1）中得到的Ti₃C₂ MXene分散液按一定比例加入前驱体溶液中；磁力搅拌均匀，转移至反应釜中进行水热反应，经离心、洗涤、干燥，即得到CdSe/MXene复合光催化剂。

本发明步骤（1）中：