二氧化钛TiO2纳米材料,主要包括零维(纳米颗粒)、一维(纳米线、纳米棒等)和二维(纳米片)材料。目前,关于TiO2与MXene复合材料的可控制备中,主要为含有金属Ti的MXene的原位氧化法和自组装。
零维TiO2/MXene复合材料的制备
目前,关于零维TiO2/MXene纳米复合材料的制备主要是基于含有金属Ti的MXene的原位氧化和零维TiO2在MXene表面上的生长或负载。常用的方法有水热氧化法、机械混合法等。其中以水热氧化法常用,其制备零维TiO2纳米颗粒/Ti3C2纳米复合材料的机理图如图1所示。水热氧化法制备的TiO2/MXene复合材料,其界面结合较为紧密,更加有利于光生电子在界面处的传输。通过调控水热时间控制Ti3C2的氧化程度可以使材料获得更大的比表面积,更加有利于反应物在材料表面的吸附和提供更多的反应活性位点。
一维TiO2/MXene复合材料的制备
目前,关于一维TiO2/MXene复合材料主要是通过一维TiO2纳米材料与MXene的自组装和在含有金属Ti的MXene表面原位氧化制备的。自组装法制备TiO2/MXene复合材料主要利用TiO2和MXene之间的静电力或范德华力使其复合,且此方法可以被拓展到构建其他过渡金属氧化物/MXene复合材料,如SnO2纳米线/Ti3C2复合材料。一维TiO2纳米棒/Ti3C2和SnO2纳米线/Ti3C2纳米复合材料的制备机理及形貌图如图2所示。此外,相较原位氧化法,自组装法还有以下优势:
(1)自组装法不会导致MXene材料自身结构的劣化,以维持其作为二维材料的结构优势和良好的导电性;
(2)自组装法可以**缓解TiO2和MXene纳米材料的自堆叠,使复合材料获得更大的比表面积;
(3)自组装法简单、经济、**,TiO2的形貌可以单独设计,且在MXene表面的分布密度可控。
二维TiO2/MXene复合材料的制备
目前,关于TiO2纳米片/MXene复合材料的制备主要是基于含有金属Ti的MXene的原位氧化和形貌调控剂共同作用而构建的。常用的方法为水热氧化法。常见的形貌调控剂主要为氟硼酸盐,其水解产生的氟离子可以使TiO2纳米片在Ti3C2表面原位生长并优先暴露高活性的(001)面。通过密度泛函数理论计算表明,在Ti3C2上原位生长的TiO2纳米片可以使界面缺陷最小化。水热氧化法制备二维TiO2纳米片/Ti3C2复合材料的制备示意图及形貌如图3所示。
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