[发明专利]一种Ti3

说明书

本发明提供了一种可见光响应范围宽、非贵金属、光催化活性高及稳定性强的富含S空位的2D/2D Ti₃C₂‑MXene/ZnIn₂S₄复合光催化剂。复合光催化剂得益于S空位电子陷阱的作用，阻止了电子垂直传输进而发生光生电子和空穴的复合。且由于Ti₃C₂‑MXene的强导电性，电荷传输速率增强，从而提高量子效率。同时，该光催化剂不含贵金属，成本较低，通过简单水热法合成，可见光分解水性能得到提高，在可见光驱动光催化领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及无机化学、清洁能源转换材料、光催化材料等相关技术领域，具体涉及一种Ti₃C₂-MXene/ZnIn₂S₄复合光催化剂的制备方法及其应用。

背景技术

随着经济的飞速发展，工业化不断进步，当今社会对能源的需求日渐增长。而煤炭、石油等化石燃料的消耗，不仅带来了能源短缺危机，更是造成了严重的环境污染问题。而太阳能作为取之不尽用之不竭的绿色新能源，可以源源不断的为人类生活提供能量。太阳能属于一次能源，需要进行能源转化才可利用，而在太阳能转化成化学能的过程中，选择稳定高效的光催化剂是太阳能有效利用的前提和基础。众所周知，氢能是一种理想的二次能源，其燃烧产物绿色环保无污染，是代替石油等化石燃料的理想能源。所以利用光催化分解水制氢是当今世界研究的热点问题。光催化制氢可以将太阳能一步转化为氢能，这一特点吸引各领域的研究人员努力寻找高效的催化剂。

硫化锌铟(ZnIn₂S₄)作为一种典型的三元金属硫化物，具有合适的禁带宽度。在可见光区有正响应。同时，与传统的金属硫化物如CdS和Sb₂S₃相比， ZnIn₂S₄毒性较小，并显示出类似的光学性质，这说明其在环境保护方面具有广泛的应用。尽管ZnIn₂S₄的带隙(约为2.3eV)适合于从水中析氢，但是ZnIn₂S₄仍然存在分离效率不理想以及光生载流子迁移能力差等问题。因此，人们提出了许多改善ZnIn₂S₄光催化性能的策略，包括结构和形貌控制以及表面改性。这些策略可以改变半导体的表面和光学性质，加速电荷转移，降低电荷的复合率，从而提高光催化性能。对于硫化物半导体而言，硫空位的存在使得其与结合物的结合力更强，因此，在许多催化反应过程中，硫空位可以作为硫化物表面的活性位点。更重要的是，硫空位可以作为杂质能级位于价带、导带之间，可以窄化带隙从而促进可见光下光子吸收和电子激发。而二维材料因其独特的结构、电子和光学性质在过去的十年里吸引了科学界和工业界的关注。为了充分发挥形貌调控和缺陷工程的优势，寻找一种合适的助催化剂显得尤为重要。

MXene是一种新型的二维层状过渡金属碳化物或氮化物材料，其通式为 M_n+1X_n(n＝1,2,3),M表示过渡金属(Sc,Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Mo)，X表示C或者N，其中应用最为广泛的是Ti₃C₂，它是由Ti₃AC₂(其中A为Al、Zn、Si和Ga)选择性地刻蚀掉A层而制得的。由于Ti₃C₂-MXene具有较大的比表面积和众多的表面端基，可以与半导体形成很强的界面效应；且其突出的类金属导电性保证了载流子的快速迁移以及抑制光生电子和空穴的有效分离，因此当MXene作为助催化剂时，可以充分地解决ZnIn₂S₄自身的问题，大幅提升其光催化性能。目前尚未见到关于2D/2D Ti₃C₂-MXene/ZnIn₂S₄复合光催化剂的相关报道。

发明内容