二氧化鈦TiO2納米材料,主要包括零維(納米顆粒)、一維(納米線、納米棒等)和二維(納米片)材料。目前,關于TiO2與MXene復合材料的可控制備中,主要為含有金屬Ti的MXene的原位氧化法和自組裝。
零維TiO2/MXene復合材料的制備
目前,關于零維TiO2/MXene納米復合材料的制備主要是基于含有金屬Ti的MXene的原位氧化和零維TiO2在MXene表面上的生長或負載。常用的方法有水熱氧化法、機械混合法等。其中以水熱氧化法常用,其制備零維TiO2納米顆粒/Ti3C2納米復合材料的機理圖如圖1所示。水熱氧化法制備的TiO2/MXene復合材料,其界面結合較為緊密,更加有利于光生電子在界面處的傳輸。通過調控水熱時間控制Ti3C2的氧化程度可以使材料獲得更大的比表面積,更加有利于反應物在材料表面的吸附和提供更多的反應活性位點。
一維TiO2/MXene復合材料的制備
目前,關于一維TiO2/MXene復合材料主要是通過一維TiO2納米材料與MXene的自組裝和在含有金屬Ti的MXene表面原位氧化制備的。自組裝法制備TiO2/MXene復合材料主要利用TiO2和MXene之間的靜電力或范德華力使其復合,且此方法可以被拓展到構建其他過渡金屬氧化物/MXene復合材料,如SnO2納米線/Ti3C2復合材料。一維TiO2納米棒/Ti3C2和SnO2納米線/Ti3C2納米復合材料的制備機理及形貌圖如圖2所示。此外,相較原位氧化法,自組裝法還有以下優勢:
(1)自組裝法不會導致MXene材料自身結構的劣化,以維持其作為二維材料的結構優勢和良好的導電性;
(2)自組裝法可以**緩解TiO2和MXene納米材料的自堆疊,使復合材料獲得更大的比表面積;
(3)自組裝法簡單、經濟、**,TiO2的形貌可以單獨設計,且在MXene表面的分布密度可控。
二維TiO2/MXene復合材料的制備
目前,關于TiO2納米片/MXene復合材料的制備主要是基于含有金屬Ti的MXene的原位氧化和形貌調控劑共同作用而構建的。常用的方法為水熱氧化法。常見的形貌調控劑主要為氟硼酸鹽,其水解產生的氟離子可以使TiO2納米片在Ti3C2表面原位生長并優先暴露高活性的(001)面。通過密度泛函數理論計算表明,在Ti3C2上原位生長的TiO2納米片可以使界面缺陷最小化。水熱氧化法制備二維TiO2納米片/Ti3C2復合材料的制備示意圖及形貌如圖3所示。
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