MXenes 作为去除废水染料的新兴材料的综述（二）( 三 )

2021-11-18

5.2.MXenes异质结结构
MXenes可以通过结合各种金属氧化物或半导体材料形成具有有效电子-空穴分离和良好光催化性能的异质结结构。 g-C3N4/Ti3C2/TiO2纳米管是通过三聚氰胺与 Ti3C2在最初通过钛箔负极氧化获得的TiO2纳米管阵列(TNTA)上的化学气相沉积制备的(图13c) 。 Ti3C2g-C3N4的质量含量为(10:1) TCN1、(20:1) TCN2、(40:1) TCN3 。 TCN1在TCN中实现了最高的RhB降解(96.04 %) ， RhB的速率常数为0.0091 min-1 ，比g-C3N4/TNTAs高3倍（300W氙灯， > λ= = 420nmat 90 min 5个循环的稳定性。 TCN1表现出比各种不同形状的TiO2、g-C3N4和TiO2/g-C3N4更高的RhB降解。光催化降解归因于PCO过程，以及电子-空穴与g-的有效隔离C3N4和TiO2在光照下；电子将 O2捕获到超氧自由基(.O2?)中，空穴与H2O反应形成羟基自由基(.OH) ，羟基自由基(.OH)将RhB氧化为产物（CO2和H2O）（图13d）). Ti3C2充当电子-空穴的电荷传输桥，可有效延长电子寿命并增强光吸收。
α-Fe2O3/ZnFe2O4@Ti3C2具有不同负载量的α-Fe2O3/ZnFe2O4异质结，包括10 Wt% (FZT-2)、(5wt%)FZT-1和(15wt%)FZT-3增强了RhB的降解在（300W氙灯， λ>400nm）下显着高于Fe2O3/ZnFe2O4 。 FZT-2 (0.02686 min-1)的RhB速率常数高于FZT-1 (0.01792 min-1)、FZT-3 (0.01459 min-1)和α-Fe2O3/ZnFe2O4 (0.00913min-1) 。 Ti3C2-OH/ln2S3/CdS复合材料包含4% Ti3C2-OH (4-TIC)（图14a-b）和6%（6-TIC）（图14c-d）在超薄小纳米片中制备通过水热合成方法获得了一种特殊的结构和团聚的多孔结构。
图14. (a-b) 4-TIC复合材料， (c-d) 6-TIC的SEM图像。 (e) TIC样品及其对应物的光催化效率。 (f) 4-TIC复合材料的光催化机制。 (a-f)版权所有， 2019爱思唯尔。
与6-TIC、2-TIC、ln2S3、CdS和 Ti3C2-OH相比，在（300W Xe灯， λ= 420nm）（图14e），由于协同作用、更高的表面积和孔隙率，可提供更长的电子寿命和更好的可见光吸收。该机制归因于PCO过程和电子-空穴的有效隔离（图14f）。 Ti3C2TX/MoS2 (TM) R-scheme异质结是通过水热法制备的，其中花状MoS2微球均匀分布在二维 Ti3C2TX纳米片的边缘。 Ti3C2TX的质量负载为0、0.1、0.3、0.5、1.0和2.0 wt% ，分别形成标记为TM0、TM0.1、TM0.3、TM0.5、TM1和TM2的R方案。由于高表面积， TM0.5在30 min时达到最高的MO降解（97.4%）和速率常数（0.00836min-1），比400 W金属卤化物灯下的TM0高6.2倍面积、多个暴露点和更好的电荷迁移率。 CeO 2 /Ti 3 C 2纳米复合材料包括1D CeO 2棒状不信任超过2D Ti 3 C 2纳米片是通过水热法制备的（图15a-b）。由于一维/二维结构和可见光效应， CeO2/Ti3C2纳米复合材料在500 W Hg灯光下90分钟内表现出75%的RhB降解率高于CeO2(24%)和 Ti3C2 (63%)（图15c）吸收。
图15. (a-b) CeO2/Ti3C2的SEM图像和(c)不同光催化剂对RhB的光降解。 (a-c)版权所有， 2017爱思唯尔。 (d) RhB和(e)苯酚在BOT-5上的光降解率。 (d-e)版权所有， 2019 Springer 。
在BiOBr/Ti3C2纳米复合材料上， 24分钟内RhB、60分钟内24-二硝基苯酚(24-DNP)和40分钟内Cr(VI)的光催化降解活性和稳定性高于BiOBr ，这是由于Ti3C2诱导的比表面积和更好的染料吸附。同样， BiOCl/Ti3C2纳米复合材料比BiOCl增强了光催化MO的降解。 3D多孔BiOI/Ti3C2纳米结构比BiOI增强了RhB的光降解，并且活性随着Ti3C2含量的增加而增加，但BiOI/Ti3C2纳米复合材料（40 wt% Ti3C2）由于多孔形态、良好的导电性、低和带隙而表现出最高的活性. BiOBr0.5I0.5/Ti3C2TX (BOT-5)复合材料与BiOBr0.5I0.5和 Ti3C2TX相比，仅在50分钟内增强了RhB的光催化降解（图15d）和在5小时内增强了苯酚降解（图15e）。这是由于协同效应延迟了电子-空穴复合，除了产生氧化物和羟基自由基，促进了染料/苯酚的光催化降解。 Bi2WO6/Ti3C2在20分钟时光催化降解RhB为99.9% ，在60分钟时对盐酸四环素进行光催化降解（15W白光LED），显着高于Bi2WO6和Ti3C2 ，这是由于改善了比表面面积、吸附容量、电子-空穴分离和电荷转移。
掺杂可以增强基于MXene的异质结结构对染料降解的光催化活性。具有 Ti3C2TX纳米片Bi0.90Gd0.10Fe0.80Sn0.20 (BGFO-20Sn)/MXene的Gd3+和Sn4+掺杂的铋铁氧体在（300 W氙灯， λ≥400 nm）下显示120分钟内100% CR降解，这高于原始的Ti3C2TX ，由于小晶粒尺寸(19 nm)、更大的表面积和低带隙。 0.2-Yb3+/Tm3+-Ti3C2-OH/Bi2WO6-2.8wt%（标记为0.2-Y/T-TB2.8）在十六烷基三甲基溴化铵存在下，通过水热法得到具有网格状多孔结构（CTAB)作为结构导向剂（图16a-b）。 Y/T-TB2.8 ，各种Yb3+浓度标记为0.04-Y/T-TB2.8、0.08-Y/T-TB2.8、0.16-Y/T-TB2.8和0.2-Y/T-形成了TB2.8 ，但0.2-Y/T-TB2.8对RhB去除的光催化活性最高(99.8%) (Vis-NIR 30min) 91% (Visible 400–800nm 30min)和48% (NIR 800-2500nm) 160min)具有高速率常数(0.0596min-1) ，在300W Xe灯照射下显着高于Bi2WO6和Ti3C2-OH（图16c）.这源于多孔结构为RhB提供了各种吸附位点，此外， Ti3C2-OH的导电性导致有效的电荷分离，以及Yb3+/Tm3+的上转换机制。该研究可能为利用上转换染料或元素增强基于MXenes的光催化剂的光催化染料降解开辟新的途径。

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