Noble Metal‐Free Heterojunction of Ultrathin Ti3C2 MXene/WO3 for Boosted Visible‐Light‐Driven Photoreactivity

材料科学 异质结 光降解 光催化 肖特基势垒 可见光谱 贵金属 纳米技术 化学工程 锐钛矿 金属 光电子学 催化作用 二极管 化学 生物化学 工程类 冶金
作者
Xin Pang,Shixiang Xue,Tong Zhou,Mingtao Qiao,Huaxing Li,Xue Liu,Quanlong Xu,Gang Liu,Wanying Lei
出处
期刊:Advanced sustainable systems [Wiley]
卷期号:7 (1) 被引量:17
标识
DOI:10.1002/adsu.202100507
摘要

Abstract Developing highly efficient, robust, and noble metal‐free photocatalytic systems is essential for the large‐scale implementation of solar‐to‐chemical energy conversion. Herein, a novel sandwich‐like hierarchical heterostructure of Ti 3 C 2 MXene/WO 3 is created by in situ growth of ultrathin WO 3 nanosheets onto the surface of few‐layer Ti 3 C 2 nanosheets via a one‐pot solvothermal synthesis strategy. The resultant Ti 3 C 2 /WO 3 heterostructure holds a large interface contact area, an intimate electronic interaction, and a short carrier migration distance, which is beneficial for bulk‐to‐surface and interfacial charge transfer. Meanwhile, the excellent electrical conductivity of Ti 3 C 2 and the Schottky junction at the interface of WO 3 and Ti 3 C 2 expedites the spatial charge separation and transportation. As expected, the as‐prepared Ti 3 C 2 /WO 3 nanohybrids exhibit a superior visible‐light‐driven photoactivity and stability toward tetracycline hydrochloride (TC) decomposition. Across a range of Ti 3 C 2 concentrations, 3 wt% Ti 3 C 2 /WO 3 achieves the greatest photodegradation rate of 16.08 × 10 −3 min −1 that is approximately ninefold larger than that of pristine WO 3 . In addition to the underlying photocatalytic mechanism, three TC degradation pathways are identified, highlighting the important roles of ·O 2 − and h + . This study shows the potential of earth‐abundant MXene family materials in the fabrication of high‐performance and low‐cost photocatalysts applicable for environment purification.

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