Page 108 - 《精细化工》2022年第3期

·530· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 39 卷

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7b。如图 7b 所示，N-TiO 2 /Ti 3 C 2 复合材料具有最大 基捕获实验，分别捕获•O 2 、•OH 和 h +[32-34] ，结果如
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的反应速率常数（0.025 min ），分别是 TiO 2 / Ti 3 C 2 、 图 9a 所示。在体系中加入 BQ 和 IPA 后，光催化复合
TiO 2 和 Ti 3 C 2 MXenes 的 2.34 倍、6.94 倍和 10.42 倍。 材料对 RhB 的降解率由 96.3%分别下降到 30.9%和
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QUYEN 等 [31] 报道的 Ti 3 C 2 /TiO 2 材料在光源（320~ 41.4%，说明在 N-TiO 2 /Ti 3 C 2 光催化体系中，•O 2 和
•OH 对 RhB 的降解起着重要作用。而加入 AO 后，
780 nm）下对 RhB 的降解率为 97.0%，N-TiO 2 /Ti 3 C 2
复合材料在可见光（400~720 nm）下具有与其相似 降解率变化不大，说明在 N-TiO 2 /Ti 3 C 2 光催化体系
+
的降解率，说明 N 元素的掺杂将 TiO 2 的光响应范围 中，只有少量 h 直接参与降解污染物分子，而大部
+
完全扩展到可见光区域，使催化剂在可见光下能激 分 h 与 H 2 O 发生反应生成了•OH [35] 。为了进一步证
发出更多的电子与空穴，从而可以实现高效的氧化 实 N-TiO 2 /Ti 3 C 2 光催化降解体系中活性物的产生，
还原反应，表现出显著的可见光催化降解性能。 进行了 ESR 测试，结果如图 9b、c 所示。从图 9b
可以观察到，强度比为 1∶1∶1∶1 的强信号特征
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峰，对应于 DMPO-•O 2 复合物，图 9c 则显示强度比
为 1∶2∶2∶1 的 DMPO-•OH 信号峰。这说明在
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N-TiO 2 /Ti 3 C 2 光催化体系中，产生了•O 2 和•OH。ESR
测试结果与自由基捕获实验结果一致。因此，可以
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推断，在 N-TiO 2 /Ti 3 C 2 光催化体系中，•O 2 和•OH 是
导致 RhB 降解的主要活性物种。

图 8 N-TiO 2 /Ti 3 C 2 复合材料降解 RhB 的循环性能
Fig. 8 Cycling performace of N-TiO 2 /Ti 3 C 2 composites for
RhB degradation
图 7 不同光催化剂在可见光照射下对 RhB 的光催化降
解率（a）及对 RhB 的降解速率常数（b）
Fig. 7 Photocatalytic degradation rate (a) and degradation
rate constant (b) of RhB by different photocatalysts
under visible light irradiation

为了评估 N-TiO 2 /Ti 3 C 2 复合催化剂的稳定性和
可重复利用能力，在可见光照射下进行了 4 次循环
降解实验，后 3 次所用催化剂均为前一次降解后回
收的催化剂，结果见图 8。如图 8 所示，虽然在第 2
次循环实验中，催化剂的降解效率有所下降，这可能
是催化剂部分孔隙塌陷导致。但在后面的两次循环
降解实验中，降解效率几乎没有变化。这说明 N-TiO 2 /
Ti 3 C 2 复合催化剂具有较好的稳定性和可重复利用
性。这对于催化剂的实际应用是非常有意义的。
2.7 光催化机理的探究
一般在光催化降解过程中，主要是由活性物氧
化分解污染物。因此，为了探究 N-TiO 2/Ti 3C 2 光催化
体系中产生的活性物种，本文采用 1,4-苯醌（BQ）、
异丙醇（IPA）和草酸铵（AO）进行了一系列自由