含MXene的复合材料制备及其催化性能探究
二维层状的过渡金属碳/氮化物(transition metal carbide/nitride，MXene)，因其具有可调的层间间距和表面官能团，以及独特的电学、光学和热力学性质，在吸附、催化、储能、传感等领域有广泛的应用。在本论文中，系统地研究了其与半导体、金属的复合材料及其催化性能。主要研究内容如下： (1)通过共沉淀法、回流法和水热法制得三种不同形貌的Ti3C2-ZnO复合材料，并探究其光催化还原Cr(Ⅵ)的性能。研究发现，采用共沉淀法和回流法制得Ti3C2-ZnO复合材料能提高光催化还原Cr(Ⅵ)活性。进一步构建光催化氧化-还原体系，即光催化反应过程中加入抗生素或环境激素，发现采用回流法和水热法制得Ti3C2-ZnO复合材料能促进光催化还原Cr(Ⅵ)的性能。此外，对催化剂进行一系列表征，并探讨了Ti3C2-ZnO复合材料可能的光催化还原机理。 (2)通过浸渍-还原法制备了Au/MXene和Cu/MXene催化剂，并用于室温催化还原硝基芳烃。研究发现，以Ti3C2和Ti2C作为载体，制得Au/Ti3C2和Au/Ti2C催化剂中Au的尺寸分布依次为10-100nm和5-50nm。说明对于负载型Au催化剂，不同载体对金属颗粒尺寸调控和催化活性有很大影响。相反的，不同方法和不同载体获得的Cu/MXene催化剂中Cu尺寸分布均在4-10nm，并且在还原硝基化合物均表现出优异的催化活性。说明对于负载型Cu催化剂，制备方法和载体对尺寸的调控和催化活性影响很小。进而，提出负载型金属催化剂还原硝基芳烃可能的催化反应机理。 (3)采用两种不同的方法在Ti3C2原位生长CdS纳米粒子获得Ti3C2-CdS复合材料，并研究其光催化还原Cr(Ⅵ)和还原硝基芳烃的性能。研究发现，引入Ti3C2可以提高材料的光生载流子转移速率，从而提高催化剂的光催化效率和稳定性。通过两种制备方法的比较发现，回流法制得Ti3C2-CdS复合材料的光催化活性优于室温共沉淀。此外，讨论了其可能的光催化反应机理。
MXene-半导体复合材料;负载型催化剂;光催化氧化;共沉淀法;催化性能
闽南师范大学
硕士
无机化学
张燕辉
2021
中文
TB33
2021-08-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）