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(guān)于TiO2與MXene復(fù)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(fù)合材料的制備
目前,關(guān)于零維TiO2/MXene納米復(fù)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(zhǎng)或負(fù)載。常用的方法有水熱氧化法、機(jī)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(fù)合材料的機(jī)理圖如圖1所示。水熱氧化法制備的TiO2/MXene復(fù)合材料,其界面結(jié)合較為緊密,更加有利于光生電子在界面處的傳輸。通過調(diào)控水熱時(shí)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(yīng)物在材料表面的吸附和提供更多的反應(yīng)活性位點(diǎn)。
一維TiO2/MXene復(fù)合材料的制備
目前,關(guān)于一維TiO2/MXene復(fù)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(fù)合材料主要利用TiO2和MXene之間的靜電力或范德華力使其復(fù)合,且此方法可以被拓展到構(gòu)建其他過渡金屬氧化物/MXene復(fù)合材料,如SnO2納米線/Ti3C2復(fù)合材料。一維TiO2納米棒/Ti3C2和SnO2納米線/Ti3C2納米復(fù)合材料的制備機(jī)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(yōu)勢(shì):
(1)自組裝法不會(huì)導(dǎo)致MXene材料自身結(jié)構(gòu)的劣化,以維持其作為二維材料的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)和良好的導(dǎo)電性;
(2)自組裝法可以**緩解TiO2和MXene納米材料的自堆疊,使復(fù)合材料獲得更大的比表面積;
(3)自組裝法簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、**,TiO2的形貌可以單獨(dú)設(shè)計(jì),且在MXene表面的分布密度可控。
二維TiO2/MXene復(fù)合材料的制備
目前,關(guān)于TiO2納米片/MXene復(fù)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(diào)控劑共同作用而構(gòu)建的。常用的方法為水熱氧化法。常見的形貌調(diào)控劑主要為氟硼酸鹽,其水解產(chǎn)生的氟離子可以使TiO2納米片在Ti3C2表面原位生長(zhǎng)并優(yōu)先暴露高活性的(001)面。通過密度泛函數(shù)理論計(jì)算表明,在Ti3C2上原位生長(zhǎng)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(fù)合材料的制備示意圖及形貌如圖3所示。
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