Page 63 - 《精细化工》2022年第2期

第 2 期 李 兵，等: 花球状 Ti 3 C 2 /TiO 2 复合材料的制备及其光催化性能 ·267·

反应。
根据实验结果推断出，AF 在 Ti 3 C 2 /TiO 2 表面的
降解过程可能为：
+
–
TiO 2 + hv→TiO 2 (h + e ) （5）
–
+
–
+
TiO 2 (h + e ) + Ti 3C 2→TiO 2 (h )+Ti 3C 2 (e ) （6）
– – （7）
e +O 2→•O 2
+
h + AF → 产物 （8）
–
•O 2 + AF → 产物 （9）
+
+
h + H 2O → O 2 + H （10）
2.8 光催化剂的重复使用性能
图 13 显示了 Ti 3 C 2 /TiO 2 催化剂循环次数对光催
化活性的影响。

图 11 Ti 3 C 2 /TiO 2 可能的电荷转移机制示意图
Fig. 11 Schematic diagram of possible charge transfer
mechanism of Ti 3 C 2 /TiO 2

图 13 催化剂循环次数对 AF 降解率的影响
Fig. 13 Effect of catalyst reuse times on AF degradation rate

由图 13 可知，催化剂循环使用 0~5 次，Ti 3C 2/TiO 2
对于 AF 的降解率依次为 97.57%、96.58%、92.63%、

90.85%、89.76%、86.39%。随着循环次数的增加，
图 12 Ti 3 C 2 /TiO 2 复合材料的光催化增强机理图
Fig. 12 Photocatalytic enhancement mechanism of Ti 3 C 2 / AF 的降解率有所降低，可能是由于光催化剂吸附性
TiO 2 composite material 较大不能彻底洗净或光催化剂收集不完全造成的。
经过 5 次循环，光催化降解率仍能达到 86.39%，表
首先，Ti 3 C 2 由原来的二维层状结构变成了三维 明光催化剂拥有一定的稳定性，可以多次循环使用。
立体多孔结构增大了材料的比表面积，而后 TiO 2 的
3 结论
生成使催化剂光滑的表面变得粗糙，给 Ti 3 C 2 /TiO 2
表面提供了更多的光反应活性位点。再者，由于 TiO 2
的导带电位与 Ti 3 C 2 的费米能级之间差异较小 [20,32] ， 本文采用刻蚀法制备出层状 Ti 3 C 2 ，并以 Ti 3 C 2
为 Ti 源成功合成了花球状 Ti 3 C 2 /TiO 2 复合材料，对
并且 Ti 3 C 2 具有较高的电导率，这使得 TiO 2 导带上
–
的 e 很容易迁移到 Ti 3 C 2 表面。当光反应开始后，e – 其进行了表征及光催化性能研究，结论如下：
从 TiO 2 导带快速转移到 Ti 3 C 2 表面，留下价带上的 （1）当 Ti 3 C 2 /TiO 2 的合成温度为 500 ℃时，复
+
h ，随着 Ti 3 C 2 上负电荷和 TiO 2 中正电荷的积累， 合材料光催化剂表现出良好的光催化活性，在光照
在 Ti 3 C 2 /TiO 2 界面形成肖特基势垒 [25,33] 。肖特基势 90 min 后，其对模拟污染物 AF 的降解率达到 97.57%，
– – 反应速率常数是单体 TiO 2 的 6.5 倍。
垒的形成有效地捕获了产生的 e 并防止 e 回到 TiO 2
+
与 h 复合。这样可以很大程度地提高光催化效率。 （2）Ti 3 C 2 /TiO 2 具有较好的稳定性，循环 5 次
–
转移到 Ti 3 C 2 上的 e 与吸附在 Ti 3 C 2 表面或水中的 后，其对 AF 的降解率仍能达到 86.39%。
–
+
+
–
O 2 反应生成•O 2 ，同时，TiO 2 上滞留的 h 不仅可以 （3）h 和•O 2 是 Ti 3C 2/TiO 2 复合材料降解 AF 过
直接氧化 AF 形成中间产物 [33] ，还可以与 H 2 O 反应 程中的主要活性物种。
–
+
生成 O 2 和 H ，而 O 2 又能与 Ti 3 C 2 上的 e 反应生成 （4）花球状Ti 3C 2/TiO 2 比表面积是非花球状Ti 3C 2/
–
+
–
•O 2 ，这样•O 2 与 h 协同作用，有效地提高了光催化 TiO 2 的 9 倍左右，为光催化提供了更多的活性位点。