一种碳化钛MXene纳米片及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种碳化钛MXene纳米片及其制备方法和应用，属于MXene基光催化功能材料领域，将多层碳化钛粉体分散在去离子水中，形成多层碳化钛分散液，其中多层碳化钛的浓度为0.025～0.040g/mL；将多层碳化钛分散液进行超声破碎，得到层数较少的碳化钛MXene溶液，之后将碳化钛MXene进行分离干燥，得到碳化钛MXene纳米片。Ti3C2MXene的表面等离激元效应使其在紫外

【技术实现步骤摘要】
一种碳化钛MXene纳米片及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于MXene基光催化功能材料领域，具体为一种碳化钛MXene纳米片及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来，由于太阳能光催化技术在缓解环境污染压力和能源短缺等方面具有潜在应用而受到广泛关注。
[0003]MXenes的结构通式为M
n+1
X
n
T
x
，其中M代表早期过渡金属元素(如Ti、V、Nb等元素)，X代表C或N元素，T代表表面官能团(如
‑
O、
‑
OH和
‑
F)，MXenes材料中最具代表性的是Ti3C2。对于纯净的石墨烯或者石墨烯化学势非常低时，石墨烯电子的带间跃迁占主要成分，石墨烯电导率的虚部小于零，石墨烯表现为半导体性质支持TE波，TE表面等离子体波的极化方向沿着石墨烯表面；而当石墨烯的化学势非常大时，石墨烯电子的带内跃迁占主要成分，石墨烯电导率的虚部大于零，石墨烯表现出类金属的性质则支持TM波，TM表面等离子体波的极化方向垂直于石墨烯表面。因此，当石墨烯被掺杂其他元素时，从理论上能够预测掺杂石墨烯具有TM波。Ti3C2相当于石墨烯的C掺杂了Ti元素，因此，从理论上来说，Ti3C2MXene具有TE波和TM波；即Ti3C2表面等离激元效应。Mashtalir等人发现Ti3C2在紫外光照射下对亚甲基蓝水溶液有很好的吸附效果；PengQiuming等人发现Ti3C2对重金属Pb
2+
的吸附性能在经过碱金属插层后具有较好的选择性吸附性能，吸附速率更快，吸附量较大，可逆吸附性强并且灵敏度高；申长洁等人发现二维Ti3C2对有机染料RhB和MB具有较好的吸附性能，并且随着温度的升高吸附速率有明显的提高；TangQing等人基于密度泛函理论(DFT)计算，系统地研究了二维Ti3C2及其F
‑
或OH
‑
基团的结构稳定性和电子特性，认为Ti3C2本身带隙很小，具有金属性，不具有类似半导体的光激发能力，因而其本身几乎不具备光催化能力。
[0004]迄今为止，二维过渡金属碳化物Ti3C2对罗丹明B、甲基橙等有机染料具有良好的吸附特性已被广泛报道，且Ti3C2可以作为助催化剂通过构建异质结有效提高半导体光催化剂的光催化性能，然而，Ti3C2本身的光催化性能很微弱。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种碳化钛MXene纳米片及其制备方法和应用，通过超声处理合成Ti3C2MXene纳米片，Ti3C2MXene的表面等离激元效应使其在紫外
‑
近红外光范围有光吸收，在紫外
‑
近红外光的全光谱范围可有效光催化降解抗生素和有机染料。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0007]一种碳化钛MXene纳米片的制备方法，包括以下步骤，
[0008]步骤1，将多层碳化钛粉体分散在去离子水中，形成多层碳化钛分散液，其中多层碳化钛的浓度为0.025～0.040g/mL；
[0009]步骤2，将多层碳化钛分散液进行超声破碎，得到层数较少的碳化钛MXene溶液，之
后将碳化钛MXene进行分离干燥，得到碳化钛MXene纳米片。
[0010]优选的，步骤1中，所述的多层碳化钛粉体按如下过程得到：
[0011]将Ti3AlC2粉体加入HF溶液中，得到混合体系，混合体系中Ti3AlC2的浓度为0.1g/mL，之后混合体系在室温下搅拌，得到反应液，将反应液清洗清洗后分离干燥，得到多层碳化钛粉体。
[0012]进一步，所述的混合体系在室温下搅拌24～27h。
[0013]再进一步，将反应液依次用去离子水和无水乙醇离心清洗，至所得上清液的pH为6～7，之后在60～70℃下对沉淀进行真空干燥，得到多层碳化钛粉体。
[0014]优选的，所述多层碳化钛分散液，超声破碎的时间为100～150min。
[0015]优选的，将含有碳化钛MXene的溶液进行离心，之后在60～70℃下对所得沉淀进行真空干燥，得到碳化钛MXene纳米片。
[0016]一种由上述任意一项所述的碳化钛MXene纳米片的制备方法得到的碳化钛MXene纳米片。
[0017]进一步，所述碳化钛MXene纳米片的厚度约为2.5μm。
[0018]再进一步，所述碳化钛MXene在200～1400nm波长范围有光吸收和全光谱响应特性。
[0019]碳化钛MXene纳米片在200～1400nm全光谱范围对抗生素和有机染料有降解的应用。
[0020]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0021]本专利技术一种碳化钛MXene纳米片的制备方法，通过在合适的浓度下对多层Ti3C2分散液进行超声破碎，超声时多层Ti3C2粉体会在探头的作用下快速分散和高频率运动，多层Ti3C2粉体在水介质中被剥离，层数更少，厚度更小，比表面积进一步增大，得到9层2.5μm厚，层间距约为300nm的Ti3C2MXene纳米片，可为光催化反应提供更多的活性位点，同时也可作为光催化剂的良好载体。
[0022]进一步的，本专利技术以Ti3AlC2为MAX相前驱体，通过HF刻蚀制备得到25层5μm厚类手风琴状多层的Ti3C2，层间距约为200nm。
[0023]本专利技术的Ti3C2MXene具有横向表面等离子体共振效应(TSPR)和纵向表面等离子体共振效应(LSPR)，其表面等离子体共振效应使其在200～1400nm的紫外
‑
近红外光范围下有光吸收，同时在此波长范围的全光谱范围内可有效降解抗生素类污染物和有机污染物，在近红外光照射120min后，Ti3C2MXene对RhB的矿化率达到93.99％，具有良好的应用前景。
附图说明
[0024]图1为本专利技术实施例制备的产物XRD图。
[0025]图2为图1XRD中5
°
～20
°
部分的放大图。
[0026]图3为本专利技术实施例制备的产物Raman谱图。
[0027]图4为本专利技术实施例制备的ML
‑
Ti3C2的SEM图。
[0028]图5为本专利技术实施例制备的Ti3C2MXene的SEM图。
[0029]图6为本专利技术实施例制备的Ti3C2MXene的TEM图。
[0030]图7为本专利技术实施例制备的Ti3C2MXene的HRTEM图。
[0031]图8为本专利技术实施例制备的Ti3C2MXene的UV
‑
Vis
‑
NIR DRS图谱。
[0032]图9为本专利技术实施例制备的Ti3C2MXene在近红外光下降解RhB曲线。
[0033]图10为本专利技术实施例制备的Ti3C2MXene在近红外光下降解MO曲线。
[0034]图11为本专利技术实施例制备的Ti3C2M本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化钛MXene纳米片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，步骤1，将多层碳化钛粉体分散在去离子水中，形成多层碳化钛分散液，其中多层碳化钛的浓度为0.025～0.040g/mL；步骤2，将多层碳化钛分散液进行超声破碎，得到层数较少的碳化钛MXene溶液，之后将碳化钛MXene进行分离干燥，得到碳化钛MXene纳米片。2.根据权利要求1所述的一种碳化钛MXene纳米片的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述的多层碳化钛粉体按如下过程得到：将Ti3AlC2粉体加入HF溶液中，得到混合体系，混合体系中Ti3AlC2的浓度为0.1g/mL，之后混合体系在室温下搅拌，得到反应液，将反应液清洗后分离干燥，得到多层碳化钛粉体。3.根据权利要求2所述的一种碳化钛MXene纳米片的制备方法，其特征在于，所述的混合体系在室温下搅拌24～27h。4.根据权利要求2所述的一种碳化钛MXene纳米片的制备方法，其特征在于，将反应液依次用去离子水和无水乙醇离心清洗，至所得上清液的p...

【专利技术属性】
技术研发人员：谈国强，王勇，王敏，张碧鑫，毕钰，任慧君，夏傲，刘文龙，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：