Ti₃C₂/In₄SnS₈肖特基异质结用于高效光催化生成H₂O₂和Cr（Ⅵ）还原

摘要

人工光合成是一种先进的技术，主要利用太阳能作为唯一驱动能源，将水和氧气转化成双氧水（H₂O₂）。然而，目前常用的光催化系统的性能受制于其光吸收能力有限，载流子分离效率低以及表面反应能力弱等问题。在本文研究中，通过采用原位水热法，成功地在少层Ti₃C₂纳米片表面生长厚度为5–10 nm的立方相In₄SnS₈纳米片（Eg=2.16 eV），形成了一种具有三明治结构的Ti₃C₂/In₄SnS₈纳米复合材料。深入的表征结果显示此2D/2D异质结构具有紧密的界面相互作用并且形成肖特基异质结，有助于载流子快速从In₄SnS₈转移至Ti₃C₂表面。其中，7 wt%Ti₃C₂/In₄SnS₈复合材料表现出最佳的可见光催化性能，H₂O₂生成速率为1.998μmol·L-1·min-1,Cr（Ⅵ）的还原速率为19.8×10^-3 min^-1。通过捕获实验、气氛实验和电子顺磁共振分析，证明了H₂O₂生成的途径包括两种：一种是两步单电子还原路径，另一种是一步两电子水氧化路径。本研究为设计高效、多功能的催化体系提供了一种新的思路。

关键词

Ti₃C₂ / In₄SnS₈ / 光催化 / 生成H₂O₂ / Cr（Ⅵ）还原

基金资助

国家自然科学基金(51902243,52302112);; 陕西省教育厅重点科研计划项目(22JY039,22JY037);; 中央非营利科研机构基础研究经费(1610232023008);; 农业科技创新计划(ASTIP-TRIC07)资助