本發(fā)明涉及光催化劑，具體涉及一種ti3c2tx量子點(diǎn)/cu2sen-p異質(zhì)結(jié)等離激元半導(dǎo)體光催化劑及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著全球工業(yè)化的快速發(fā)展，環(huán)境污染問題日益嚴(yán)峻，其中水體污染尤為突出。鉻(cr)作為一種常見的重金屬污染物，尤其是六價(jià)鉻(cr(vi))，具有高毒性和致癌性。因此，開發(fā)高效、環(huán)保的水體凈化技術(shù)，尤其是針對(duì)cr(vi)污染的處理技術(shù)，已成為當(dāng)前環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的重要研究方向。傳統(tǒng)光催化技術(shù)作為一種綠色、可持續(xù)的環(huán)境凈化手段，因其能利用太陽能驅(qū)動(dòng)氧化還原反應(yīng)，受到廣泛關(guān)注。然而，傳統(tǒng)光催化劑如二氧化鈦(tio2)、硫化鎘(cds)、氮化碳(g-c3n4)等，主要依賴紫外光或可見光激發(fā)，對(duì)太陽光的利用率較低(約50％)。為克服上述局限，等離激元光催化劑應(yīng)運(yùn)而生。等離激元光催化劑利用納米粒子的局域表面等離激元共振(lspr)效應(yīng)，通過自由載流子的集體振蕩與入射光的強(qiáng)相互作用，顯著增強(qiáng)光吸收能力，提高光子利用率，并在特定波長范圍內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁場增強(qiáng)效應(yīng)，促進(jìn)光生載流子的生成與分離，從而提升光催化性能。然而，現(xiàn)有的等離激元光催化劑多基于貴金屬(如金、銀)，成本高昂且資源有限，限制了其大規(guī)模應(yīng)用。在此背景下，開發(fā)低成本、高效能的非貴金屬等離激元光催化劑成為研究熱點(diǎn)。硒化銅(cuse)作為一種儲(chǔ)量豐富、環(huán)境友好的p型半導(dǎo)體材料，因其獨(dú)特的窄帶隙特性和強(qiáng)烈的lspr效應(yīng)，在vis-nir區(qū)域展現(xiàn)出優(yōu)異的光吸收能力，成為潛在的非貴金屬等離激元光催化劑候選者。然而，cuse在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨諸多挑戰(zhàn)，如電子遷移率低、光生載流子復(fù)合速率快等，導(dǎo)致其光催化效率難以進(jìn)一步提升。眾所周知，構(gòu)建異質(zhì)結(jié)能夠促進(jìn)光生載流子的分離，是提升光催化劑性能的有效策略，但現(xiàn)有技術(shù)中的cuse基異質(zhì)結(jié)光催化劑存在lspr效應(yīng)抑制、太陽光利用低效、光催化劑反應(yīng)速率低等問題。因此，為充分發(fā)揮cuse的lspr效應(yīng)并克服其內(nèi)在缺陷，如何構(gòu)建cuse基等離激元異質(zhì)結(jié)光催化劑仍然是一種挑戰(zhàn)。目前ti3c2tx量子點(diǎn)(mqds)作為一種新興的n型二維半導(dǎo)體材料，具有金屬導(dǎo)電性、高lspr效應(yīng)及良好的物理化學(xué)可調(diào)性，是構(gòu)建高效等離激元異質(zhì)結(jié)構(gòu)的理想選擇。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明提出了一種ti3c2tx量子點(diǎn)/cusen-p異質(zhì)結(jié)等離激元光催化劑及其制備方法，可通過改變ti3c2tx量子點(diǎn)的加入量，實(shí)現(xiàn)對(duì)n-p異質(zhì)結(jié)等離激元光催化劑性能的調(diào)控。通過ti3c2tx量子點(diǎn)與cuse之間形成的n-p異質(zhì)結(jié)，顯著提升了光催化劑的lspr效應(yīng)、載流子濃度和分離效率，應(yīng)用于在全光譜下進(jìn)行光催化時(shí)具有高效的重金屬離子鉻去除效果。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種ti3c2tx量子點(diǎn)/cusen-p異質(zhì)結(jié)等離激元光催化劑及其制備方法，其包括以下步驟：

4、1)ti3c2tx量子點(diǎn)的制備

5、1.1)：將ti3c2tx納米片置于20ml去離子水中，超聲分散20min形成墨綠色溶液；

6、1.2)：用氨水將溶液的ph調(diào)節(jié)到9，然后將溶液轉(zhuǎn)移至50ml的水熱反應(yīng)釜中，在100℃下反應(yīng)48h后洗滌過濾，濾餅冷凍干燥即可獲得ti3c2tx量子點(diǎn)粉末。

7、2)ti3c2tx量子點(diǎn)/cuse?n-p異質(zhì)結(jié)等離激元光催化劑的制備

8、2.1)：將2.5-7.5mmol硒粉溶于5ml2mol/lnaoh溶液中，得到褐色溶液；

9、2.2)：將10-60mg步驟1.2)中ti3c2tx量子點(diǎn)和5mmol?cuso4·5h2o與0.1mmol螯合劑如乙二胺四乙酸(edta)超聲分散20min；

10、2.3)：將步驟2.1)和步驟2.2)的溶液混合均勻后倒入50ml聚四氟乙烯高壓釜中，160℃反應(yīng)12-24h；

11、2.4)將步驟2.3)得到的混合物，用去離子水離心洗滌至中性，得到沉淀物，將沉淀物在60℃下真空干燥6h，獲得了ti3c2tx量子點(diǎn)/cuse?n-p異質(zhì)結(jié)等離激元光催化劑。

12、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)如下：

13、(1)本發(fā)明將導(dǎo)電性良好的p型ti3c2tx量子點(diǎn)等離激元半導(dǎo)體與全光譜p型cuse等離激元半導(dǎo)體進(jìn)行合理復(fù)合，制備出新型n-p異質(zhì)結(jié)等離激元光催化劑。

14、(2)本發(fā)明制備的ti3c2tx量子點(diǎn)/cuse?n-p異質(zhì)結(jié)等離激元光催化劑，不僅具有強(qiáng)lspr效應(yīng)、高光生載流子分離效率和全光譜吸收，而且具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性，可廣泛用于全光譜驅(qū)動(dòng)下污水中重金屬離子鉻的超快速還原。

15、(3)本發(fā)明的制備方法簡單靈活，原料廉價(jià)易得，采用一鍋水熱法，過程時(shí)間短、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保，易于規(guī)?；a(chǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種ti3c2tx量子點(diǎn)/cuse?n-p異質(zhì)結(jié)等離激元光催化劑及其制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種Ti<subgt;3</subgt;C<subgt;2</subgt;T<subgt;x</subgt;量子點(diǎn)/CuSe?n?p異質(zhì)結(jié)等離激元光催化劑及其制備方法，屬于光催化劑技術(shù)領(lǐng)域。為解決現(xiàn)有光催化劑在重金屬離子處理中太陽光利用率低和光催化效率低等問題，本發(fā)明通過將n型等離激元半導(dǎo)體Ti<subgt;3</subgt;C<subgt;2</subgt;T<subgt;x</subgt;量子點(diǎn)與p型等離激元半導(dǎo)體CuSe結(jié)合，形成n?p等離激元異質(zhì)結(jié)，提升了局域表面等離激元共振(LSPR)效應(yīng)，從而增強(qiáng)光催化劑的光熱效應(yīng)、光生載流子濃度和分離效率，實(shí)現(xiàn)了高效、穩(wěn)定且可調(diào)控的光催化性能。測試結(jié)果表明該光催化劑在全光譜驅(qū)動(dòng)下對(duì)重金屬離子Cr(VI)具有超快速還原能力，還原效率在80分鐘內(nèi)達(dá)到93.1％，且循環(huán)穩(wěn)定性優(yōu)異。本發(fā)明為環(huán)境保護(hù)和水處理領(lǐng)域提供了一種高效、環(huán)保的解決方案。

技術(shù)研發(fā)人員：江寒梅,殷虹蝶,蒲彪,陳曉薇,江文婷,雷敏
受保護(hù)的技術(shù)使用者：重慶科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2