自科学家Fujishima和Honda发现了在TiO₂光电极上的水裂解后，半导体的光催化研究引起了广泛的关注，开发了各种各样的光催化剂。其中，由于具有较高的光催化活性和化学稳定性，TiO₂在光催化领域得到了广泛的研究。然而，有限的光吸收区域(λ< 390 nm)和电子空穴对的快速再结合严重阻碍了TiO₂的应用。为了提高对光线的利用，有许多策略将TiO₂的光谱响应扩展到可见区域并抑制光生载流子的高复合率以提高其光催化性能。

成果简介

近来，南京工业大学的Yuanjian Zhang教授在国际知名期刊Applied Catalysis B: Environmental（IF14.229）发表了题目为“Single 2D MXene precursor-derived TiO₂ nanosheets with a uniform decoration of amorphous carbon for enhancing photocatalytic water splitting”的论文。以二维MXene为前驱体，构建有序纳米片结构的同时修饰了均匀碳层，制备了高可见光活性的TiO₂光催化剂。在可见光条件下，相比二氧化钛，二氧化钛纳米片/C复合材料的光催化活性提高了三倍。结果表明，高光催化活性可归因于三个原因。一种是从二维MXene中继承而来的有序纳米片结构，有利于电子的空穴分离和运输。其次是碳层的修饰明显地将扩展了更多的可见光吸收区域。此外，碳层也促进了光生载流子的分离与迁移。所提出的原位碳修饰策略提升了可见光光催化活性，发展了光催化机理。

图 1 TiO₂/C复合材料的制备示意图。

图 2 TiO₂/C复合材料的形貌。

图 3 TiO₂/C复合材料的结构。

图 4 TiO₂/C复合材料的紫外光谱和XPS图。

图 5 TiO₂/C复合材料的光催化性能。

图 6 TiO₂/C复合材料的光催化机理。

结 论

综上所述，有序TiO₂纳米片/C复合材料展示出优异的可见光催化性能。热解后，纳米二氧化钛不但继承2D特性，而且表面还均匀的沉积了碳层。有序的结构和均匀的碳修饰层结构不但增强了可见光的吸收和还促进了光生载流子的分离与迁移。这项工作将为增强活性的均相TiO₂复合光催化剂的制备提供一条新途径。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0926337320303003

信息来源： MXene学术