[發明專利]一種碳摻雜TiO2

有效

• 申請號: 201810770982.0
• 申請日: 2018-07-13
• 公開（公告）號: CN108855167B
• 公開（公告）日: 2021-03-05
• 發明（設計）人: 崔小強;賈廣日;張雷;張海燕
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B01J27/22
• 分類號: B01J27/22;C01B3/04
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 黃歡娣;邱啟旺

本發明公開了一種碳摻雜TiO₂納米多級結構材料及其在光催化水分解產氫方面的應用。本發明主要通過常溫有機堿剝離MAX的方法獲得的MXene作為前軀體，通過低溫水熱處理獲得碳摻雜的多級結構TiO₂材料。這種摻雜增大了材料的光吸收范圍，提高了對于光生載流子分離的效率，由于這兩方面的原因進而大幅度提高材料的催化活性，提高了光催化產氫的催化效率，并詳細的解釋了這種催化效果主要來源于光吸收范圍的拓寬和光生載流子的有效分離。

技術領域

本發明屬于清潔可持續新型能源制備應用領域，特別涉及一種基于 MXene作為原材料制備的含有碳摻雜TiO₂納米多級結構材料及其光催化產氫反應中的應用。

背景技術

隨著世界經濟的高速發展，能源與環境問題已經逐漸成為當下急需解決的課題之一。而太陽光是一種取之不盡，用之不竭的天然能源，那么有效的將太陽光轉化為化學能源成為重中之重。其中對于光催化水分解的研究備受青睞。在眾多的光催化材料之中，TiO₂作為最有潛力的光催化材料之一，其在環境，能源，催化等領域發揮了極大的作用。尤其是TiO₂作為最早被研究的光催化材料之一，在過去的幾十年里，已經發展的越來越成熟。然而TiO₂作為優秀的光催化材料，除了其化學性能穩定，以及對于光催化水分解制氫具有適合的導帶等優點外，也有很多其對于光催化水分解不利的因素，例如其過寬的帶隙(3.2eV)導致對于光的利用率不高，只能利用太陽光大約4％的紫外光區域，以及其光生載流子復合速率過快，這兩個因素極大地阻礙了其應用在光催化方面的效率。

為了提高TiO₂對于光的利用率，科學家們在改造其帶隙和光生載流子復合速率方面做了許多的努力。到目前為止，有許多種方法被提出。摻雜與形成異質結成為最為普遍的方法。摻雜分為金屬摻雜(Fe,Co,Ni,Cu等等)與非金屬摻雜(C,N,S等等)，主要為了改變其能帶位置及其增強其載流子濃度與壽命，此外與窄帶隙復合(CdS,Fe₂O₃,Co₃O₄，WO₃等等)也是另一種比較有效的手段，這樣能很大程度增強對光的吸收，并且提高光生載流子的壽命。在這些方案中，對于C摻雜TiO₂越來越引起人們的關注，因為這種摻雜不僅能夠拓寬對于光的吸收，而且由于其價帶的拖尾能夠起到敏化TiO₂的作用，此外在改變光生載流的壽命，增強其載流子的濃度的方面能夠起到尤為關鍵的作用。

對于C-TiO₂材料的合成方法有多種，如溶膠-凝膠法、TiC的熱氧化法、水熱以及溶劑熱合成法、電紡絲法。為了去除有機物，增加結晶度，這些方法通常要求在高溫下進行退火處理，在此過程中，制氫性能好的銳鈦礦 TiO₂將逐漸轉變為金紅石TiO₂。其催化性質就會受到限制。因此開發一種低溫下制備結晶性好的C-TiO₂的新策略將對光催化材料很有幫助。

本發明的目的是針對現有技術的不足，提供價格低廉，制備簡單的基于MXene作為原材料獲得的含有碳摻雜TiO₂納米多級結構材料，并應用于光催化分解水催化領域。該含有碳摻雜TiO₂納米多級結構材料具有結構新穎、催化性能好等特點。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種基于MXene作為原材料獲得的一種碳摻雜TiO₂納米多級結構材料及其在光催化分解水產氫反應中的應用。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：一種碳摻雜TiO₂納米多級結構材料，通過以下步驟制備得到：

(1)采用HF溶液對Ti₃AlC₂進行清洗，以去除表面的氧化物，之后用去離子水離心清洗。