MXenes 作为去除废水染料的新兴材料的综述（二）( 二 )

图11. (a)疏水性d-Ti3C2膜的制备过程。 (b)亲水性、(c)疏水性d-Ti3C2膜和(d) d-Ti3C2膜的太阳能热转换效率的SEM 。 (a-d)版权所有， 2018 RSC 。 (e) 3DMA-5的数码照片和(f) SEM图像。 (g)MB和MO染料排斥性能。 (e-f)版权所有， 2019 RSC 。
5.MXenes用于光催化染料降解
光催化染料降解由半导体（即TiO2、ZnO2、Ag3PO4和ZnFe2O4）和二维材料（即石墨烯氮化硼和过渡金属二硫属化物）等光催化作用驱动，是一种实用、低成本、快速的处理方法方法...为形成有效的光催化染料降解异质结，.表4显示了MXenes在各种参数下的光催化染料降解性能。
表4. MXene基光催化剂对染料的光催化降解
5.1.原位TiO2/MXene
MXene本身很容易被氧化形成金属氧化物/C 。例如， TiO2-C和在空气中加热 Ti3C2 ，或在CO2或加压H2O中氧化。 .同样的方法对于从Nb2C或Nb2C生产Nb2O5/C是可行的，并且可以扩展到其他MXenes 。 Ti3C2通过水热处理氧化在Ti3C2T异质结结构上形成TiO2纳米颗粒，具有有效的电子-空穴分离和比TiO2纳米颗粒更高的光催化MO降解。
NaBF4在160°C对Ti3C2进行水热氧化，形成(001)TiO2/Ti3C2异质结，在 Ti3C2层之间包含TiO2(001)纳米片（图12a-b）。 Ti3C2纳米片（103）位于TiO2（001）的界面上方，由于其较差的晶格失配，两者在原子上混合（图12c）。由于Ti-O-Ti的化学键合， DFT计算表明通过Ti d轨道和O p轨道重叠形成的界面（图12d-f）。 (001)TiO2/Ti3C2的光催化MO降解是p-TiO2/Ti3C2的2.3倍，速率常数k'值为18.8 min-1/g 。光催化降解机制归因于光生电子的空间分离-空穴对，因为 Ti3C2充当电子转移和空穴储存器的肖特基势垒，因为其负费米能级和比TiO2的CB低的功函数。 TiO2(001)上的富集电子与溶解的O2反应形成超氧自由基阴离子(?O2-) ，与空穴和电子反应产生活性羟基自由基(?OH)(图12e) 。由于光生电子-空穴的空间分离， Ti3C2-TiO2界面处的肖特基势垒阻止了空穴回吹到TiO2 。在作为晶面控制剂的HCl/NH4F存在下对 Ti3C2进行水热处理，然后用N2H4还原产生Ti3+掺杂的金红石(111)TiO2八面体/Ti3C2（图13a）。高活性(111)r-TiO2的比例随着NH4F浓度和还原时间的增加而增加，随后光催化MO降解速率常数(k)从12小时水热时的0.018 min-1提高到20小时时的0.023 min-1这是最大的活性（图13b）。 (111)r-TiO2/Ti3C2在N2H4还原之前是不活跃的，但在水热处理和还原12、20和18小时后， MB在(500 W Xe灯， <400 nm），分别表明掺杂对增强光催化活性的显着影响。光降解机制是光催化氧化(PCO)过程，使用草酸铵(AO)、苯醌(BQ)和异丙醇(IPA)作为清除剂。
图12. (a) Ti3C2 ， (b) (001) TiO2/Ti3C2混合体， (c)界面结构， (d) DFT模拟的初始和最终优化界面结构。 (e) (001) TiO2/Ti3C2上的电荷转移过程。 (f) (001) TiO2?Ti3C2界面处的能带排列和电荷流示意图。 (a-f)版权所有， 2016 ACS 。
图13. (a) (111)r-TiO2-x/Ti3C2光催化剂的制备方案和(b)其对MB的光催化降解。 (a-b)版权所有， 2017 Elsevier (c) g-C3N4/Ti3C2/TiO2纳米管的制备示意图。 (d) g-C3N4/Ti3C2/TNTAs的光降解机制。 (c-d)版权所有， 2020爱思唯尔。
Ti3C2TX在黑磷(BP)纳米片溶液中在120 oC下水热处理3小时，形成了用 Ti3C2TX/TiO2(TCT)装饰的BP 。 Ti3C2TX/TiO2与BP的重量比约为5%（TCTBP-5）、10%（TCTBP-10）和15%（TCTBP-15）。 TCTBP-15对RhB（99.09%）和四环素盐酸盐（TCH）（92.70%）的光催化降解显着优于TCTBP-10、TCTBP-5和TCT ，以及BP（在300W氙灯下， λ> 420 nm ) 55分钟。 TCTBP-15的RhB降解速率常数(0.0807 min-1)分别高于TCTBP-10、TCTBP-5、TCT和BP 。 BP和Ti3C2TX/TiO2的协同作用，增强可见光吸收，延长光激发电子寿命，加速电子转移。光降解机制主要是PCO过程。 CdS@Ti3C2@TiO2Z型结构在(300 mW/cm2 λ≥400 nm)下177分钟显着增强了RhB、MB磺胺氯哒嗪(SCP)和苯酚的光解降解）。降解活性取决于CdS与 Ti3C2@TiO2的比率，但使用2/1的比率在60、88、88和150分钟时实现了对RhB、MB、SCP和苯酚的最佳降解性能（100%）. Z型结构允许有效的电子-空穴隔离， Ti3C2充当电荷载流子下沉。
通过超声辅助退火方法合成的TiO2@Ti3C2/g-C3N4异质结光催化剂在（300-W Xe灯， λ=400 nm）下（300-WXe灯， λ = 400 nm）在60分钟时对RhB的降解率为99.9% ，对苯胺的降解率为76.4% ，优于g -C3N4、TiO2@g-C3N4和 Ti3C2 ，由于它们界面之间的nn异质结和n型肖特基异质结，促进了光生电荷载流子的隔离并增强了光吸收。 .

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