Ti3C2 MXene co-catalyst assembled with mesoporous TiO2 for boosting photocatalytic activity of methyl orange degradation and hydrogen production

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作者
Huapeng Li,Bin Sun,Tingting Gao,Huan Li,Yongqiang Ren,Guowei Zhou
出处
期刊:Chinese Journal of Catalysis [Elsevier BV]
卷期号:43 (2): 461-471 被引量:230
标识
DOI:10.1016/s1872-2067(21)63915-3
摘要

Photocatalytic degradation and hydrogen production using solar energy through semiconductor photocatalysts are deemed to be a powerful approach for solving environmental and energy crisis. However, the biggest challenge in photocatalysis is the efficient separation of photo-induced carriers. To this end, we report that the mesoporous TiO2 nanoparticles are anchored on highly conductive Ti3C2 MXene co-catalyst by electrostatic self-assembly strategy. The constructed mesoporous TiO2/Ti3C2 composites display that the mesoporous TiO2 nanoparticles are uniformly distributed on the surface of layer structured Ti3C2 nanosheets. More importantly, the as-obtained mesoporous TiO2/Ti3C2 composites reveal the significantly enhanced light absorption performance, photo-induced carriers separation and transfer ability, thus boosting the photocatalytic activity. The photocatalytic methyl orange degradation efficiency of mesoporous TiO2/Ti3C2 composite with an optimized Ti3C2 content (3 wt%) can reach 99.6% within 40 min. The capture experiments of active species confirm that the •O2− and •OH play major role in photocatalytic degradation process. Furthermore, the optimized mesoporous TiO2/Ti3C2 composite also shows an excellent photocatalytic H2 production rate of 218.85 μmol g–1 h–1, resulting in a 5.6 times activity as compared with the pristine mesoporous TiO2 nanoparticles. This study demonstrates that the MXene family materials can be applied as highly efficient noble-metal-free co-catalysts in the field of photocatalysis.
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