Page 107 - 《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 ·529·

对比，TiO 2 /Ti 3 C 2 对可见光的吸收有较大增强，而 离，结果见图 6b。如图 6b 所示，Ti 3 C 2 MXenes、
N-TiO 2 /Ti 3 C 2 复合材料在可见光区域则表现出明显 TiO 2 /Ti 3 C 2 和 N-TiO 2 /Ti 3 C 2 3 种材料的阻抗弧度呈逐
增强的吸收，这说明 N 元素的掺杂可以有效地将 渐衰减趋势，N-TiO 2 /Ti 3 C 2 复合材料具有最小的电荷
TiO 2 的光吸收范围扩展到可见光区域。 转移电阻，说明 N-TiO 2 /Ti 3 C 2 具有最高的电子-空穴
N-TiO 2 /Ti 3 C 2 和 TiO 2 /Ti 3 C 2 复合材料的光学带隙 分离效率。这一结果与荧光光谱分析结果完全一致，
n/2
可以通过(αhν) -(hν)所作的 Tauc 曲线来确定。其 说明 N-TiO 2 与 Ti 3 C 2 复合达到了预期的目标。
中，n 是半导体常数，由于 TiO 2 是直接带隙半导体，
所以 n 为 1 [28] 。如图 5b 所示，N-TiO 2 /Ti 3 C 2 和 TiO 2 /

Ti 3 C 2 的带隙分别约为 2.38 和 3.18 eV，说明在 TiO 2
中掺杂 N 元素可以缩小 N-TiO 2 /Ti 3 C 2 的带隙。根据
文献报道 [29-30] ，这是由于掺杂 N 元素可以在 TiO 2 价
带以上的位置形成一个新的能级，从而缩小其带隙。

图 6 Ti 3 C 2 MXenes、TiO 2 /Ti 3 C 2 和 N-TiO 2 /Ti 3 C 2 复合材
料的 PL 谱图（a）和 EIS 谱（b）
Fig. 6 PL spectra (a) and EIS (b) of Ti 3 C 2 MXenes,
TiO 2 /Ti 3 C 2 and N-TiO 2 /Ti 3 C 2 composites

2.6 光催化性能评估

RhB 的初始浓度设为 C 0 ，降解实验过程中 RhB
图 5 样品的 UV-Vis DRS 光谱（a）及 N-TiO 2 /Ti 3 C 2 和
溶液的实际浓度设为 C，则催化剂对 RhB 的降解率
TiO 2 /Ti 3 C 2 复合材料的带隙能（b）
Fig. 5 UV-Vis DRS spectra of samples (a) and band-gap 为 1–C/C 0 。在光照前，先进行了 30 min 的暗吸附处
energy of N-TiO 2 /Ti 3 C 2 and TiO 2 /Ti 3 C 2 composites (b) 理，让催化剂与 RhB 分子之间达到吸附-脱附平衡，

2.5 光致发光和阻抗分析 结果见图 7a。从图 7a 可以看出，4 种材料对 RhB
利用 PL 光谱研究了样品的光生电子-空穴复合 的吸附作用较小。在可见光下照射 150 min 后，TiO 2
速率，比较了 Ti 3 C 2 MXenes、TiO 2 /Ti 3 C 2 和 N-TiO 2 / 和 Ti 3 C 2 MXenes 对 RhB 的降解率分别是 36.7%和
Ti 3 C 2 3 种材料的荧光光谱，结果见图 6a。如图 6a 26.1%。与之相比，TiO 2 /Ti 3 C 2 复合材料的光催化降
所示，与 Ti 3 C 2 MXenes 相比，TiO 2 /Ti 3 C 2 材料的荧 解能力显著增强，对 RhB 的降解率增大到 79.1%，
光强度有所降低，这说明 Ti 3 C 2 MXenes 优越的导电 这可能是由于 Ti 3 C 2 MXenes 加快了 TiO 2 电子的转
性能促进了电子的迁移，降低了 TiO 2 光生电子-空 移，抑制了电子-空穴的重组。而 N-TiO 2 /Ti 3 C 2 复合
穴的复合几率。对于 N-TiO 2 /Ti 3 C 2 复合材料，其荧 材料则表现出最优的光催化性能，150 min 内对 RhB
光强度最弱，这说明 N 元素的掺杂在一定程度上会 的降解率可达 96.3%。这主要是 N 掺杂后缩小了其
抑制材料所产生电子-空穴的复合。通过 EIS 实验进 带隙，所以其对可见光的响应更好 [30] 。此外，利用
一步分析了样品的电荷分离效率。EIS 谱图的阻抗 ln(C/C 0 )与光照时间（t）绘制的动力学曲线可以计
弧度大小与电荷转移的电阻大小成正比，弧度越小， 算出不同催化体系的反应速率常数（k），可进一步
说明电荷的传输速率越快，越有利于电子-空穴的分 定量比较几种催化剂的光催化降解效率，结果见图