一种金属原子掺杂空心MXene量子点的制备及应用制造技术

本发明专利技术提供了一种金属原子掺杂空心MXene量子点的制备及应用，主要将其应用于光催化降解抗生素，属于纳米光催化材料领域。制备步骤：以MXene粉末作为金属掺杂的前体，快速注入Lewis酸乙醇溶液，经过陈化、离心，调整pH=9，进行溶剂热反应，合成金属掺杂的空心MXene量子点材料。本发明专利技术工艺简单，制备条件要求低，无能耗，粒径小，尺寸均一。金属原子掺杂空心MXene量子点材料能有效地扩大光吸收，增加电子密度，促进电荷分离和转移，促进抗生素的降解，使降解率达到98%，是降解抗生素的一种绿色高效的方法。

【技术实现步骤摘要】
一种金属原子掺杂空心MXene量子点的制备及应用
本专利技术涉及纳米光催化材料，具体涉及一种金属原子掺杂空心MXene量子点的制备，以及所制备的金属原子掺杂空心MXene量子点材料用于降解抗生素。
技术介绍
目前，由于大量化学污染物的排放，水抗生素污染已成为威胁人类公共卫生安全的严重环境问题。土霉素(OTC)是一种典型的四环素类抗生素，在农业和水产养殖中广泛应用。由于动物摄食后吸收有限，大量未消化的OTC通过粪便或尿液释放到环境中，排入水体中的OTC会通过抑制微器官的生长、诱导抗微生物基因的形成以及导致其他生态毒理学效应等方式对生态系统产生不利影响。因此，采用高效方便的方法去除水中残留OTC成为研究热点。MXene即二维过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物，是由美国德雷塞尔大学(DrexelUniversity)的YuryGogotsi教授和MichelW.Barsoum教授等人在2011年研究发现的一种新型二维结构材料，它具有类似石墨烯的高比表面积、高电导率的特点，又具备组分及层厚灵活可调等优势，已在储能、吸附、传感器、导电填充剂等领域展现出巨大的潜力。横向尺寸小于10nm的MXene材料被称为MXene量子点（MQDs）。由于具有量子限域效应，MQDs往往保留了MXene的固有优势，同时又具有更加新颖的物理化学性质和荧光效应，使其在催化领域具有潜在的应用前景。空心MQDs作为光催化剂具有其独特优势，如较高的比表面积提供了更多的活性位点和更大的光接收面积、薄壳层减少了电荷载流子的传输距离，以及通过金属原子掺杂能够增强空心MQDs的光催化电子传输能力。因其工艺简单，制备条件要求低，无能耗，产率较高，粒径小，尺寸均一等优点在光催化领域具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种金属原子掺杂空心MXene量子点的制备，以及将制备的金属原子掺杂空心MXene量子点材料用于降解水中的抗生素。本专利技术的技术方案：一种金属原子掺杂空心MXene量子点的制备及应用，步骤如下：（1）将一定量Ti3AlC2粉末分散到10ml48%HF溶液中进行刻蚀，之后对分散液多次离心洗涤至pH为5~6，干燥得到多层Ti3C2MXene粉末；（2）惰性气体保护下，将得到的多层Ti3C2MXene超声分散至5ml乙醇中，并快速注入Lewis酸乙醇溶液中，陈化20min，多次离心、洗涤；（3）将离心之后的溶液分散至25ml乙醇中，并加入5ml去离子水，用氨水调整溶液pH=9，转至高压釜进行水热反应之后，用220nm滤膜进行过滤，后通过透析得到金属原子掺杂空心MXene量子点。一种金属原子掺杂空心MXene量子点的制备及应用，所述步骤（1）中，Ti3AlC2粉末为0.25g；搅拌条件为室温下24h；离心条件为3500rpm10min；用去离子水洗涤分散液pH至5~6，干燥条件为80℃12h。一种金属原子掺杂空心MXene量子点的制备及应用，所述步骤（2）中，惰性气体为氮气或氩气；Lewis酸包括FeCl2.4H2O、MnCl2.4H2O和CuCl2.2H2O等；Lewis酸乙醇溶液的浓度为20ml0.8mg/ml。一种金属原子掺杂空心MXene量子点的制备及应用，所述步骤（3）中，水热处理的条件为100℃6h；在去离子水中透析48h。上述方法制备的金属原子掺杂空心MXene量子点材料应用于光催化降解水中的抗生素。具体实施方式以下实施例进一步阐述本专利技术的内容，但本专利技术并不局限于这些实施例。实施例1第一步：将0.25gTi3AlC2粉末分散至10ml48%HF溶液中，室温搅拌24h进行刻蚀。然后将得到的分散液用去离子水几次反复离心洗涤，离心条件为3500rpm10min，直到分散液的pH达到5~6，彻底去除残留HF和杂质，在80℃下干燥12h得到多层Ti3C2MXene粉末。第二步：在氮气的保护下，将得到的多层Ti3C2MXene超声分散至5ml乙醇溶液中，并将其快速注入20ml0.8mg/mlFeCl2.4H2O乙醇溶液，陈化20min，多次离心并用乙醇洗涤。第三步：将离心之后的溶液分散至5ml乙醇中，稀释至20ml并加入5ml去离子水，用氨水调整溶液pH=9，转至高压釜，在100℃6h条件下进行水热反应，用220nm滤膜过滤，通过在去离子水中透析48h得到金属原子掺杂空心MXene量子点。第四步：将30mg制得的金属原子掺杂空心MXene量子点光催化剂添加到100ml20mg/LOTC水溶液中，于暗处搅拌30min，建立OTC在光催化剂表面的吸附-解吸平衡，随后将悬浮液在300W氙气灯（PLS-SXE300/300UV，完美光）下照射进行光催化反应，使用滤光片滤去420nm以下的光，在给定的照射时间间隔下，取3ml样品离心，取其上清液，采用岛津UV-2700分光光度计，在353nm波长处测定OTC水溶液的吸光度。实施例2如实例1所述，不同之处在于第二步中20ml0.8mg/mlFeCl2.4H2O乙醇溶液用20ml0.8mg/mlCuCl2.2H2O乙醇溶液代替。实施例3如实例1所述，不同之处在于第二步中20ml0.8mg/mlFeCl2.4H2O乙醇溶液用20ml0.8mg/mlMnCl2.4H2O乙醇溶液代替。实施例4如实例1所述，不同之处在于第二步中20ml0.8mg/mlFeCl2.4H2O乙醇溶液用25ml0.8mg/mlFeCl2.4H2O乙醇溶液代替。实施例5如实例1所述，不同之处在于第三步中水热反应条件为100℃6h用100℃8h代替。本专利技术制备了金属原子掺杂空心MXene量子点材料，并将其应用于光催化降解抗生素，与现有技术相比，本专利技术金属原子掺杂空心MXene量子点的制备方法简单，无需额外能源消耗，操作方便，粒径小，尺寸均一，量子产率高，在三种不同Lewis酸反应条件下，量子点效率在3.4％~11.5％之间，解决了现有空心MXene量子点制备方法因工艺和原料限制而无法规模化生产且荧光量子效率较低的问题。该金属原子掺杂空心MXene量子点材料可用作光催化剂降解抗生素，降解率达到98%，这为光催化降解抗生素提供了一种新的制备方法和思路，在纳米材料光催化领域具有重要的意义。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.在一种金属原子掺杂空心MXene量子点的制备及应用，其特征在于，步骤如下：（1）将一定量Ti

【技术特征摘要】
1.在一种金属原子掺杂空心MXene量子点的制备及应用，其特征在于，步骤如下：（1）将一定量Ti3AlC2粉末分散到HF溶液中进行刻蚀，之后对分散液多次离心洗涤，干燥得到多层Ti3C2MXene粉末；（2）惰性气体保护下，将得到的多层Ti3C2MXene超声分散至5ml乙醇中，并快速注入Lewis酸乙醇溶液中，陈化20min，多次离心并用乙醇洗涤；（3）将离心之后的溶液分散至25ml乙醇中，并加入5ml去离子水，用氨水调整溶液pH=9，进行水热反应，随后过滤，通过透析得到金属原子掺杂空心MXene量子点。


2.在根据权利要求1所述的一种金属原子掺杂空心MXene量子点的制备及应用，其特征在于，所述步骤（1）中，HF的量为10ml48%；搅拌条件为室温下24h；离心条件为3500rpm10min；多次离心并用去离子水洗涤分散液p...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭亚莉，成永华，李晓甜，
申请(专利权)人：兰州交通大学，
类型：发明
国别省市：甘肃;62