基于新型二维层状化合物碳化钛的异质结光催化材料的构建及其性能研究

发布时间：2021-11-20 10:51

　　当代人们对全球快速增长的能源需求和环境污染问题日益关注。考虑到可持续性、丰富性及对环境友好等特点,太阳能的有效利用及转换是解决目前能源和环境问题最具前景的途径之一。在利用太阳能的各种方法中,光催化技术作为一种条件温和、能耗低、环境友好的污染治理新技术,其核心是光催化材料。然而,单组分半导体光催化剂大多存在光利用率低、光生载流子复合速率快、易团聚、吸附性能差等缺点。探寻高效且廉价的非贵金属助催化剂是改善半导体光催化剂性能的有效策略之一。由过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物构成的MXene材料是一类具有类石墨烯结构的新型二维层状化合物。该类材料具有良好的导电性,能够满足光生载流子的快速转移;其表面亲水性有利于与大部分半导体光催化剂结合并产生较强的相互作用;表面带负电荷有利于对重金属离子的吸附;丰富的暴露金属位点为催化反应提供了活性位点。上述优点使其成为半导体光催化剂的理想的助催化剂。因此,本文基于碳化钛（Ti3C2MXene）材料,构建了二维（2D）,二维/二维（2D/2D）和三维（3D）中空等不同形貌的异质结光催化剂,用于可见光催化去除环境废水中的有机污染物苯酚和重金属离子Cr（Ⅵ）。（1... 

【文章来源】：苏州大学江苏省 211工程院校

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１－１?（ａ）?Ｔｉ３ＡｌＣ２的剥离过程示意图和（ｂ）对应Ｔｉ３Ｃ２ＭＸｅｎｅ的ＳＥＭ图［２］??

ｉｓｔｅｄ?Ｄｅｌａｍｉｎａｔｉｏｎ?Ｅｔｃｈｉｎｇ?Ｍｅｔｈｏｄ??２０１１?２０１２?２０１３?２０１４?２０１５?２０１６?２０１７??ｉ?１?＾?ｒ?Ｉ?＾?ｉ??Ｔｉ，Ｃｊ?Ｄｉｓｃｏｖｅｒｙ／?Ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎ／?Ｏａｙ?（ｓｍａｌｌ?ｆｌａｋｅ）?Ｄｏｕｂｌｅ?Ｍ?Ｏｒｄｅｒｅｄ??ＨＦ?Ｅｔｃｈｉｎｇ?Ｍｅｔｈｏｄ?Ｄｅｌａｍｉｎａｔｉｏｎ?ＬｉＦ／ＨＣｉ?Ｅｔｃｈｉｎｇ?ＭｅｔｈｃｘＪ?ＭＸｅｎｅｓ?Ｄｉｖａｃａｎｃｉｅｓ??、，??图１－３?ＭＸｅｎｅ合成方法时间轴（从２０１１年到２０１７年）［５］??１．２．２?ＭＸｅｎｅ材料性质??当前常用的ＭＸｅｎｅ合成方法是溶液环境选择性刻蚀ＭＡＸ前驱体，为了稳??定Ｍ原子层的表面，获得的多层ＭＸｅｎｅ发生进一步反应在表面生成大量的官能??团（０Ｈ，?－０，?－Ｆ等）。这些表面官能团赋予了其良好的亲水性，其它的力、电、??光、热等性质也可通过表面官能团和元素组成的改变而进行调控。很多学者在密??度泛函理论（ＤＦＴ）的框架通过第一＇性原理计算预测ＭＸｅｎｅ材料的性能。??１．２．２．１电学和光学性质??纯粹的ＭＸｅｎｅ，例如Ｔｉｎ＋ｉＸｎ，表现出典型的金属导电性质问。??对Ｔｉｎ＋１Ｘｎ?（ｎ＝ｌ，２；?Ｘ＝Ｎ，?Ｃ）的电子和光学性质进行了第一性原理研宄。结果??表明，由于氮原子比碳原子多出一个电子，且费米能级上的ＤＯＳ随着层厚的增??加而减少，Ｔｉｎ＋１Ｎｎ比Ｔｉｎ＋１Ｃｎ具有更强的金属性能。??由于形成额外的Ｔｉ－Ｘ键，含端基的ＭＸｅｎｅ则表现出半导体性质。Ｋｈａｚａｅｉ??等［８］研宄了?Ｆ、ＯＨ和０基团表面官能化的Ｍ２Ｃ

原理计算并结合准谐波近似，研宄了??Ｔｉｎ＋１Ｃｎ０２?（ｎ＝ｌ，２）的温度依赖性结构和力学性能。对ＭＸｅｎｅ中与温度有关键??强度的计算表明，Ｔｉ３Ｃ２〇２中的Ｔｉ和Ｃ原子形成的结合力比Ｔｉ２Ｃ０２强，随着温??度的升高，Ｔｉ２Ｃ０２中原子键失去的刚性大于ＴｂＣ２〇２。在０Ｋ下，单层Ｔｉ２Ｃ０２和??Ｔｉ３Ｃ２０２的有效杨氏模量分别为５６５和４８２?ＧＰａ。温度提高到１０００?Ｋ后，Ｔｉ２Ｃ０２??和Ｔｉ３Ｃ２〇２的杨氏模量分别降低到４６９?ＧＰａ和４４２?ＧＰａ。??ｍｔｍ??图１－５?（ａ）?Ｔｉ３Ｃ２ＴｘＭＸｅｎｅ纳米薄片ＳＥＭ图片；三维皱褶形态的（ｂ）?ＳＥＭ图像??和ＴＥＭ图像；（ｄ）再水化的Ｔｉ３Ｃ２ＴｘＭＸｅｎｅ纳米片［１５］??５１１此等［１５：１利用喷雾干燥法，在不借助任何模板的情况下，成功地将Ｔｉ３Ｃ２Ｔｘ??从二维扁平纳米片转变为三维皱褶结构。但样品重新水化后，皱褶的纳米片可以??重新变成二维纳米片（图１－５），说明变化是一个可逆的过程，ＭＸｅｎｅ具有很好??的柔性。??６??


本文编号：3507169