一种碳化钛-Mxene掺杂改性光电催化电极及其制备方法技术

本发明专利技术属于光电催化氧化降解有机废水的技术领域，具体涉及一种Ti3C2‑

【技术实现步骤摘要】
一种碳化钛
‑
Mxene掺杂改性光电催化电极及其制备方法


[0001]本专利技术属于光电催化降解有机污染物的
，具体涉及一种Ti3C2‑
MXene掺杂改性的IrO2‑
CeO2光电催化电极及其制备方法和在光电协同作用下降解有机污染物的应用。

技术介绍

[0002]随着我国现代化进程的不断推进，现代工业也遍地开花，成为了推动我国进步的重要助推力，但随着工业化的发展，环境污染也愈发成为人们重视的关键问题，其中有机污染物对水体产生了严重的危害。传统的降解工艺因耗能大，降解率低等缺点已经不能满足现代绿色发展的要求。近年来光催化技术作为一种无污染且环境友好的催化降解技术而备受瞩目。电催化氧化技术同样也是一种有前途的无毒且高效降解有机污染物的催化降解技术。因此将光催化与电催化相结合是一种具有研究价值的新型降解方式。我国稀土元素矿藏量居于世界前列，对于稀土元素的开发和利用是我国的重点研究方向。CeO2作为一种光催化基体，负载贵金属IrO2可以引入杂质能级，减小能带间隙，从而降低光生电子和空穴的复合率。二维层状材料Mxene是一种过渡金属碳化物，其中Ti3C2具有高导电性、大比表面积等独特的理化特点，是一种具有光电催化应用前景的新型材料。因此将Ti3C2‑
Mxene掺杂进入复合电极可以提高电极的导电性，改善电极表面形貌，增加电极的比表面积，使得光生空穴和电子实现空间上的分离，降低空穴和电子的复合率，从而提高催化降解有机污染物的效率。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种Ti3C2‑
MXene掺杂改性的IrO2‑
CeO2光电催化电极的制备方法及其光电催化催化性能研究，通过加入Ti3C2‑
MXene，增强了电极的导电性，改变了电极的表面形貌，改善了电极的光电催化性能，电极对于亚甲基蓝的光电催化效果优于罗丹明B和甲基橙的光电催化效果。
[0004]为了达到上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种Ti3C2‑
MXene掺杂改性的IrO2‑
CeO2光电催化电极的制备方法，包括以下步骤：(1)将七水氯化铈(CeCl3·
7H2O)晶体和氯铱酸（HIr2Cl6·
6H2O含铱的质分数为35%）分别溶于乙醇溶液，按照金属离子摩尔比配成混合溶液；(2) 用氟化锂和浓盐酸的混合溶液刻蚀Ti3AlC2粉末，超声离心数次并干燥得到多层Ti3C2‑
MXene；(3) 将Ti3C2‑
Mxene加入到步骤（1）所得的混合溶液中，并超声使之混合均匀；(4) 取步骤（3）所得的混合溶液单面均匀涂刷到处理后的钛板上，经干燥预氧化后空冷，重复以上步骤若干次，涂刷至溶液耗尽；将样品放入马弗炉中退火数小时，获得Mxene
‑ꢀ
IrO2‑
CeO2光电催化电极。
[0005]进一步地，步骤（1）中氯化铈和氯铱酸溶液的浓度均为0.3~1.8mol/L,混合溶液中的铱铈金属离子摩尔比为 1: ( 4~20)。
[0006]进一步地，步骤（2）中混合溶液包含2g氟化锂和9M 40ml盐酸溶液；刻蚀温度为35℃，时间为24h。
[0007]进一步地，步骤（3）中Ti3C2‑
Mxene加入混合溶液的浓度为0~20mg/ml，但不包括0；所述超声使之混合均匀具体是在频率为70~90Hz下超声震荡60~120min。
[0008]进一步地，步骤（4）中钛板的涂覆量为1~5μL/cm2,涂覆次数为6~12次。
[0009]进一步地，步骤（4）中预氧化温度为400~550℃，预氧化时间为5~15min；退火温度为400
‑
550℃，退火时间为1~3h。
[0010]上述Ti3C2‑
MXene掺杂改性的IrO2‑
CeO2光电催化电极在光电协同作用下降解有机溶液的应用，光电催化电极为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，大面积钛板为对电极，在紫外光和一定偏压下对亚甲基蓝、罗丹明B和甲基橙溶液进行光电催化降解。
[0011]进一步地，混合溶液中亚甲基蓝、罗丹明B和甲基橙溶液的浓度为10~40ppm，无水Na2SO4的浓度为0.1~0.5mol/L，施加的偏压为1~5V，光电催化时间为80~220min。
[0012]本专利技术的显著优点在于：（1）本专利技术工艺流程简单，制备的Ti3C2‑
IrO2‑
CeO2光电催化电极对于有机染料具有高效的催化降解效果。
[0013]（2）本专利技术利用我国矿藏丰富的稀土元素铈作为基体在其基础上负载贵金属铱并掺杂新型二维层状材料Ti3C2‑
Mxene。制作的电极既具有二氧化铈的光催化性能，又具有贵金属铱的电催化性能，Mxene作为助催化剂，使得光催化与电催化协同降解有机染料，从而提高了降解效率。
[0014]（3）本专利技术中，由于Ti3C2‑
Mxene的加入，增强了电极的导电性，改变了电极的表面形貌，使得电极的比表面积显著提高，增强了对外来光源的利用率，增加了对降解物质的吸附量，而且能够实现光生空穴电子对的空间分离，更为高效的抑制光生空穴和电子的复合，从而提高降解效率。
附图说明
[0015]图1为实施例1
‑
3不同Ti3C2‑
Mxene掺杂量的IrO2‑
CeO2光电催化电极的XRD图；图2为实施例1
‑
3不同Ti3C2‑
Mxene掺杂量的IrO2‑
CeO2光电催化电极的扫描电镜图；图3为实施例1
‑
3不同Ti3C2‑
Mxene掺杂量的IrO2‑
CeO2光电催化电极光态和暗态下的线性扫描伏安图；图4为实施例1
‑
3不同Ti3C2‑
Mxene掺杂量的IrO2‑
CeO2光电催化电极的交流阻抗谱图；图5为实施例2中Ti3C2‑
Mxene掺杂量为10mg/ml的IrO2‑
CeO2光电催化电极降解不同有机染料的125min紫外
‑
可见吸收光谱；图6为实施例2中Ti3C2‑
Mxene掺杂量为10mg/ml的IrO2‑
CeO2光电催化电极不同催化条件下降解有机染料MB125min的紫外
‑
可见吸收光谱；图7为为实施例1
‑
3不同Ti3C2‑
Mxene掺杂量的IrO2‑
CeO2光电催化电极降解有机染料MB125min的紫外
‑
可见吸收光谱。
[0016]具体实施方式
[0017]为了使本专利技术所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本专利技术所述的技术方案做进一步的说明，但是本专利技术不仅限于此。
[0018]实施例1一种IrO2‑
CeO2光电催化电极的制备方法及其光电催化性能研究，包括以下步骤：（1）将七水氯化铈(CeCl3·
7H2O)晶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Ti3C2‑
Mxene掺杂改性光电催化电极的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：(1)将七水氯化铈晶体和氯铱酸分别溶于乙醇溶液，按照金属离子摩尔比配成混合溶液，并超声使之混合均匀；(2)用氟化锂和浓盐酸的混合溶液刻蚀Ti3AlC2粉末，超声离心数次并干燥得到Ti3C2‑
MXene；(3)将步骤（2）得到的Ti3C2‑
Mxene加入到步骤（1）所得的混合溶液中，并超声使之混合均匀；(4)取步骤（3）所得的混合溶液单面均匀涂刷到处理后的钛板上，经干燥预氧化后空冷，重复以上步骤若干次，涂刷至溶液耗尽；然后放入马弗炉中退火，获得Ti3C2‑
Mxene掺杂改性的IrO2‑
CeO2光电催化电极。2.根据权利要求书1所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中氯化铈和氯铱酸溶液的浓度均为0.3~1.8mol/L,混合溶液中的铱铈金属离子摩尔比为 1: ( 4~20)。3.根据权利要求书1所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）中混合溶液包含2g氟化锂和9M 40ml盐酸溶液；刻蚀温度为35℃，时间为24h。4.根据权利要求书1所述的制备方法，其特征在于：步骤（3）中Ti3C2‑
Mxene加入混合溶液的浓度为0~20mg/...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵艳群，李国勇，吴慧璇，王金金，陈孔发，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：