[发明专利]一种MXene复合纳米材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种MXene复合纳米材料及其制备方法。该复合纳米材料的成分为：5～15％的MoS₂、3～10％的MXene，余量为TiO₂。制备方法是：将Ti₃AlC₂溶解到浓度为35～40％的氢氟酸溶液中，磁力搅拌去除其中的铝层，清洗、离心去除剩余的氢氟酸溶液，干燥过夜，得到刻蚀后的MXene；将其超声分散于水中形成分散液，磁力搅拌下依次加入可溶性钼盐、氯化羟胺、硫脲和钛源，搅拌并加入表面活性剂，170～200℃反应16～32h，清洗、离心，去除上清液，真空干燥，即可。其光催化涂层可有效降解工业废水中的甲基橙等有机污染物。本发明的制备方法成本价廉，生产工艺简单易控，产物差率高。

技术领域

本发明涉及纳米复合材料领域，具体涉及一种MXene复合纳米材料及其制备方法和应用。

背景技术

TiO₂因具有氧化效率高、无毒、光稳定性好、成本低以及绿色环保等优点受到了广大科研人员的关注,但是TiO₂光催化剂电子-空穴对复合率高以及太阳光利用率低等问题导致其难以被大规模应用于光催化领域。

新型二维材料如MoS₂、MXene因其独特的层状结构、高比表面积、高导电性以及带隙可调等优点，已经被证明是一种优秀的光催化助催化剂。最近的报道已经证实MoS₂或MXene作为助催化剂修饰TiO₂能有效克服其自身的缺陷从而提升其光催化性能。而MoS₂与MXene共修饰TiO₂的MoS₂/MXene/TiO₂三元光催化体系及其应用于工业废水有机污染物的降解处理未见报道。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种MXene复合纳米材料。具体技术方案如下：

一种MXene复合纳米材料，按照质量百分比含量由以下成分组成：5～15％的MoS₂、3～10％的MXene，余量为TiO₂。

优选地，所述MXene为纳米片形状，其厚度为200-500nm，MoS₂的厚度为20-50nm，TiO₂的粒径为10-20nm。

本发明的目的之二是提供所述MXene复合纳米材料的制备方法。具体技术方案如下：

一种MXene复合纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)MXene的刻蚀

将Ti₃AlC₂溶解到浓度为35～40％的氢氟酸溶液中，磁力搅拌10～15h去除其中的铝层，用水清洗并离心去除剩余的氢氟酸溶液，70～90℃干燥过夜，得到刻蚀后的MXene；

(2)MoS₂/MXene/TiO₂复合纳米材料的制备

称取刻蚀后的MXene分散于水中，超声5min以上，磁力搅拌10-60min后形成MXene分散液，之后将可溶性钼盐、氯化羟胺、硫脲和钛源依次加入到MXene分散液中，搅拌10min以上，接着加入表面活性剂，继续搅拌20min以上，然后170～200℃反应16～32h，用水和无水乙醇交替洗涤至干净，离心，去除上清液，70～90℃真空干燥5h以上至干燥，得到MoS₂/MXene/TiO₂复合纳米材料，即所述MXene复合纳米材料；所述刻蚀后的MXene、可溶性钼盐、氯化羟胺、硫脲、钛源和表面活性剂相对于水的质量比即浓度分别为0.5～1.2g/L、15～20g/L、10～20g/L、25～35g/L、4～50g/L、3～5g/L。

优选地，所述可溶性钼盐为钼酸钠或钼酸铵。