Surface -O terminated urchin-like TiO2/Ti3C2O (MXene) as high performance photocatalyst: Interfacial engineering and mechanism insight

光催化 MXenes公司 制氢 材料科学 异质结 肖特基势垒 吸附 纳米技术 化学工程 化学 催化作用 光电子学 工程类 物理化学 有机化学 二极管
作者
Zirong Wang,Yue Zhang,Yiming Chen,Ping Wei,Hongjuan Wang,Hao Yu,Jianbo Jia,Kun Zhang,Chao Peng
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier BV]
卷期号:615: 156343-156343 被引量:34
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2023.156343
摘要

The surface groups of MXene act as a decisive role on the performance of MXene-based photocatalysts. In this work, TiO2 nano-whiskers were grown in-situ on Ti3C2Tx, through a hydrothermal and post-heat treatment process, meanwhile, the surface groups of Ti3C2Tx were unified -O adsorption. The as-prepared urchin-like TiO2/Ti3C2Ox composite have efficient activity for photocatalytic hydrogen evolution and degradation of levofloxacin (LEV). The optimized hydrogen evolution reaction (HER) performance reached 346.8 μmol g-1 h−1, and the apparent quantum yield at 313 nm was 7.67%. Its hydrogen production performance and degradation rate of LEV were 9.7 and 7.7 folds higher than those of pure TiO2, respectively. The -O terminated Ti3C2Ox achieving a work function about 0.3 eV larger than TiO2, as both DFT calculation and UPS measurement depicted. Therefore, the photogenerated e-/h+ were separated at the TiO2/Ti3C2Ox interface via Schottky junction, a large amount of e- was enriched on Ti3C2Ox, which enabled the photocatalyst with remarkable charge separation and photocatalytic performance. Meanwhile, the reaction pathways of TiO2/Ti3C2Ox photocatalytic HER and LEV degradation/mineralization were carefully investigated. This study underlines the significance of surface groups on photocatalysts composed of MXenes, and sheds light on the new approach to the rational design of high-efficiency MXene-based photocatalysts.
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