【摘 要】
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近年来,光催化还原二氧化碳（CO2）技术在可再生能源项目中的应用引起了研究人员的极大兴趣。然而,目前光催化还原二氧化碳的效率仍然很低,最主要的原因是光生电子和空穴极易复合以及对二氧化碳分子的吸附和活化性能较差。针对上述问题,本文提出引入非贵金属碳化钛金属烯（Ti3C2 MXene）助催化剂,利用简单的静电自组装合成法构建碳化钛金属烯/氧化锌（Zn O）纳米复合材料体系,着重探究Ti3C2 MXen
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近年来,光催化还原二氧化碳（CO2）技术在可再生能源项目中的应用引起了研究人员的极大兴趣。然而,目前光催化还原二氧化碳的效率仍然很低,最主要的原因是光生电子和空穴极易复合以及对二氧化碳分子的吸附和活化性能较差。针对上述问题,本文提出引入非贵金属碳化钛金属烯（Ti3C2 MXene）助催化剂,利用简单的静电自组装合成法构建碳化钛金属烯/氧化锌（Zn O）纳米复合材料体系,着重探究Ti3C2 MXene表面官能团的改性对于提升光催化还原二氧化碳性能的影响并解释其反应活性提升机理。各项表征结果证明,静电自组装合成法有助于在助催化剂与半导体之间建立十分紧密的界面联系。将不同质量分数的Ti3C2 MXene负载在Zn O上后,光催化活性有不同程度地提高,其最佳负载量为7.5 wt%,表明Ti3C2 MXene是一种十分有效的非贵金属助催化剂。通过Ti3C2 MXene表面官能团的调控（-OH基团替代-F基团）,能够进一步显著提高Zn O的光催化活性。将表面碱性化的Ti3C2MXene负载到Zn O上后,CO(30.30μmol g-1 h-1)和CH4(20.33μmol g-1 h-1)的产生速率分别是Zn O的7倍和35倍左右,明显好于贵金属铂的助催化剂效果。Ti3C2 MXene表面搭载的-OH基团有助于提升Zn O对CO2分子的吸附和活化能力,同时为反应提供了更多的活性位点。此外,由于Ti3C2 MXene具有良好的导电性和合适的费米能级而能够十分有效地阻止光生电子和空穴的重组,提升光生电子的转移速率。本文的研究结果表明Ti3C2 MXene可以作为非贵金属助催化剂有效地提升半导体光催化还原CO2的效率。
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