Page 109 - 《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 ·531·

–[36] +
•O 2 。同时，位于 N-TiO 2 价带上的光生 h 会氧化
–
水分子产生•OH。最后，产生的•OH、•O 2 和少量的
+
h 一同降解目标污染物。
3 结论

通过 HF 刻 蚀 和 溶 剂 热 反应， 原位 合成了
N-TiO 2 /Ti 3 C 2 光催化复合材料。采用 XRD、SEM、
TEM、XPS、UV-Vis DRS、PL、EIS 等方法对催化
剂的形貌和结构进行了表征。结果显示，在 2D

图 9 不同捕获剂对 N-TiO 2 /Ti 3 C 2 复合材料降解 RhB 的影 N-TiO 2 /Ti 3 C 2 复合材料中，Ti 3 C 2 MXenes 优异的导电
–
响（a）；N-TiO 2 /Ti 3 C 2 复合材料光催化体系中•O 2 （b） 性能以及 N-TiO 2 和 Ti 3 C 2 MXenes 之间形成的紧密
和•OH（c）的 ESR 谱图 接触界面实现了电子的快速传导，有效抑制了电子-
Fig. 9 Effect of different trapping agents on degradation of
RhB over N-TiO 2 /Ti 3 C 2 composite (a); ESR spectra 空穴的复合。除此以外，N 元素的掺杂缩小了 TiO 2
–
of •O 2 (b) and •OH (c) in N-TiO 2 /Ti 3 C 2 composite 的带隙，提高了光催化复合材料在可见光区域的光
photocatalytic system 吸收能力，从而有利于提高 N-TiO 2 /Ti 3 C 2 复合材料

基于以上测试结果和分析，提出了一种可能的 的可见光催化活性。模拟降解实验结果显示，对比
纯 TiO 2 、Ti 3 C 2 MXenes 和 TiO 2 /Ti 3 C 2 复合材料，
光催化反应机理，见图 10。
N-TiO 2 /Ti 3 C 2 复合材料的光催化降解性能明显增强，
对 RhB 表现出优异的降解效率，且复合材料良好的

稳定性也有利于其实际应用。因此，N-TiO 2 /Ti 3 C 2
光催化体系为去除水环境中的有机污染物提供了一
个有前景的策略。

参考文献：
[1] WANG R K, MA X Q, LIU T, et al. Degradation aspects of endocrine
disrupting chemicals: A review on photocatalytic processes and
photocatalysts[J]. Applied Catalysis A: General, 2020, 597: 117547-
117559.

图 10 N-TiO 2 /Ti 3 C 2 复合材料在可见光照射下降解 RhB [2] WANG Y W (王延炜), LI J Y (李佳益), WANG B W (王博威), et al.
0
Preparation and photocatalytic performance of Bi /Bi 2O 2CO 3/N-TiO 2
的光催化机理
composite material[J]. Fine Chemicals (精细化工), 2021, 38(8):
Fig. 10 Proposed photocatalytic degradation mechanism of 1628-1634.
RhB by N-TiO 2 /Ti 3 C 2 composite under visible light [3] BAI S, GE J, WANG L L, et al. A unique semiconductor-metal-
irradiation graphene stack design to harness charge flow for photocatalysis[J].
Advanced Materials, 2014, 26(32): 5689-5695.
如图 10 所示，N 元素的掺杂在 TiO 2 价带以上 [4] LI N (李宁), ZHANG W (张伟), LI G X (李贵贤), et al. Research
的位置产生了一个新的缺陷能级，使 TiO 2 的带隙减 progress of TiO 2 photocatalysts[J]. Fine Chemicals (精细化工), 2021,
38(11): 2181-2188, 2258.
小到 2.38 eV。从 UV-Vis DRS 光谱可知，掺杂 N 之
[5] QU J F, CHEN D Y, LI N J, et al. Ternary photocatalyst of atomic-
后，N-TiO 2 /Ti 3 C 2 复合材料的光响应范围扩展到了可 scale Pt coupled with MoS 2 co-loaded on TiO 2 surface for highly
见光区域。因此，在可见光照射下 N-TiO 2 被激发， efficient degradation of gaseous toluene[J]. Applied Catalysis B:
Environmental, 2019, 256: 117877-117884.
–
光生电子（e ）从 N-TiO 2 的价带（VB）位置迁移到
[6] CHEN J R, QIU F X, XU W Z, et al. Recent progress in enhancing
N 2p 能级，随后转移到 TiO 2 的导带（CB）上，空 photocatalytic efficiency of TiO 2-based materials[J]. Applied Catalysis
+
穴（h ）则留在 VB 上。由于 Ti 3 C 2 MXenes 具有优 A: General, 2015, 495: 131-140.
[7] ANSARI S A, KHAN M M, ANSARI M O, et al. Gold nanoparticles-
异的导电性能 [16] ，且 N-TiO 2 纳米片又与 Ti 3 C 2 sensitized wide and narrow band gap TiO 2 for visible light applications:
MXenes 接触紧密，N-TiO 2 导带上的电子会快速迁 A comparative study[J]. New Journal of Chemistry, 2015, 39: 4708-
4715.
移到 Ti 3 C 2 MXenes 上，这在很大程度上抑制了 N-
[8] PANEPINTO A, COSSEMENT D, SNYDERS R. Experimental and
TiO 2 电子空穴对的复合。此外，Ti 3 C 2 MXenes 具有 theoretical study of the synthesis of N-doped TiO 2 by N ion
大的接触表面，可以实现高效的氧化还原反应。根 implantation of TiO 2 thin films[J]. Applied Surface Science, 2021,
541: 148493-148505.
据自由基捕获实验和 ESR 测试结果，迁移到 Ti 3 C 2 [9] YANG H Y, ZHAI L S, LI K, et al. A highly efficient nano-graphite-
MXenes 上的自由电子会进一步还原氧分子，产生 doped TiO 2 photocatalyst with a unique sea-island structure for