Page 105 - 《精细化工》2022年第3期

第 3 期 张 倩，等: N-TiO 2 /Ti 3 C 2 复合材料的原位合成及其光催化性能 ·527·

（PL）定性分析材料内光生电子-空穴对的重组情
况。在电化学工作站上进行电化学阻抗谱（EIS）测
试，用于判断材料内电荷在转移过程中所受电阻的
大小。采用 ESR 检测光催化反应体系中的活性物种。
1.4 光催化性能测试
以 RhB 溶液为模拟污染物，测试所制备催化剂
在可见光照射下光催化降解性能。可见光源是一个配
有紫外截止滤波器（λ > 400 nm）的 300 W 氙灯。每
次测试均先将 0.1 g 催化剂与 RhB 溶液（100 mL，

10 mg/L）混合，并将此悬浮液置于黑暗中搅拌 图 1 Ti 3 AlC 2 、Ti 3 C 2 MXenes 和 N-TiO 2 /Ti 3 C 2 复合材料的
30 min，使催化剂和 RhB 分子间达到吸附-脱附平 XRD 谱图
衡。随后进行光照降解，降解时每 30 min 从反应体 Fig. 1 XRD patterns of Ti 3 AlC 2 , Ti 3 C 2 MXenes and N-TiO 2 /
Ti 3 C 2 composite
系中取出 4 mL 反应液，将其高速离心后取上清液在

紫外-可见分光光度计下测其吸光度，最大吸收波长 2.2 微观形貌表征
设定为 554 nm，以此测定液体中残留 RhB 的浓度。 通过 SEM、TEM 和 HRTEM 对制备样品的微观
通过循环降解实验检测 N-TiO 2 /Ti 3 C 2 光催化复 形貌和结构形态进行了表征，结果见图 2。如图 2a
合材料的稳定性和可重复利用性。具体操作过程如
所示，Ti 3 AlC 2 被 HF 刻蚀后，去除了层间的 Al 层，
下：将上述光催化降解实验的反应液离心后，用无 使 Ti 3 C 2 MXenes 形成了松散手风琴状的层状结构，
水乙醇和去离子水先后将沉淀充分洗涤，收集后真 表现出典型的 MXenes 形貌。以尿素作为 N 源，Ti 3 C 2
空干燥，用于下一次光催化降解实验。由于在洗涤 MXenes 作为 Ti 源，经过溶剂热氧化反应后，使得
过程中会造成少量催化剂的损失，所以进行了多组 大量的 N-TiO 2 纳米 片 原位生长 并 横插在 Ti 3 C 2
平行实验，确保每次循环实验的催化剂用量是 0.1 g。
MXenes 片层上（图 2b），形成 2D N-TiO 2 /Ti 3 C 2 复合
材料。图 3a 是 N-TiO 2 /Ti 3 C 2 复合材料的 TEM 图，
2 结果与讨论
可以观察到面积较小的长方形状 N-TiO 2 纳米片和超
2.1 晶相结构表征 薄大片状的 MXenes 纳米片，并且 Ti 3 C 2 MXenes 纳
通过 XRD 图谱分析了 Ti 3 AlC 2 、Ti 3 C 2 MXenes 米片和 N-TiO 2 纳米片之间形成了紧密的接触界面。
和 N-TiO 2 /Ti 3 C 2 材料的晶相结构，结果见图 1。如图
1 所示，对于前驱体 Ti 3 AlC 2 ，所有衍射峰都对应于
Ti 3 AlC 2 的 MAX 相。其中，在 2θ = 9.67°、19.25°和
39.12°处衍射峰代表 Ti 3 AlC 2 的（002）、（004）和
（104）晶面 [18] 。与 Ti 3 AlC 2 相比，在 Ti 3 C 2 MXenes
的 XRD 图谱中，（002）和（004）晶面对应的衍射
峰位置都向低角度方向发生了偏移，并且在 2θ =

39.12°处没有观察到特征衍射峰，这说明经过 HF 的 图 2 Ti 3 C 2 MXenes（a）和 N-TiO 2 /Ti 3 C 2 复合材料（b）
刻蚀，成功去除了 Ti 3 AlC 2 的 Al 层，生成了 Ti 3 C 2 的 SEM 图
MXenes 纳米片 [19] 。在 N-TiO 2 /Ti 3 C 2 复合材料的 XRD Fig. 2 SEM images of Ti 3 C 2 MXenes (a) and N-TiO 2 /Ti 3 C 2
composite (b)
图谱中，2θ = 9.10°、18.60°、27.70°和 60.70°处的衍

射峰分别代表 Ti 3 C 2 MXenes 的（002）、（004）、（006）
和（110）晶面 [15] 。另外，2θ = 25.4°、37.9°、48.0°、
54.0°、55.1°和 62.7°处的衍射峰分别代表锐钛矿型
TiO 2 的（101）、（004）、（200）、（105）、（211）和（204）
晶面（PDF-No.21-1272） [20] ，说明通过溶剂热反应，
部分 Ti 3 C 2 MXenes 被原位氧化生成了 TiO 2 。由于碳

基体的结构无序，XRD 检测不出碳基体。在后续的
图 3 N-TiO 2 /Ti 3 C 2 复合材料的 TEM（a）和 HRTEM（b）图
XPS 分析部分，将进一步对碳基体和掺杂在 TiO 2 中 Fig. 3 TEM (a) and HRTEM (b) images of N-TiO 2 /Ti 3 C 2
的 N 元素进行定性分析。 composite