|MXenes 作为去除废水染料的新兴材料的综述（二）( 四 )

图16. (a)制备示意图， (b) 0.2-Y/T-TB2.8的SEM图像和(c)在各种光源下的光催化RhB (2.0×10-5mol/L)降解。 (a-c)版权所有， 2019爱思唯尔。 (d) NB-2的SEM图像及其对(e) RhB(0.5g/L)和(f) MB (0.5g/L)的光催化效率。 (d-f)版权所有， 2020爱思唯尔。
Ti3C2TX是光催化染料降解中报道最多的MXene 。然而，表面积为（42.9m2·g-1）的Bi2WO6/Nb2CTX花状纳米结构是通过水热法合成的（图16d）。 Bi2WO6/Nb2CTX的光催化活性高于Bi2WO6 ，随着Nb2CTX含量的增加，杂化材料从0.5wt%（NB-0.5）、2wt%（NB-2）、5wt%（NB-5）增加， RhB（图16e）和MB（图16f）的10wt%（NB-10），但NB-2显示RhB的最高光催化降解率为99.8% ，速率常数为（0.072min-1）和92.7在（500W氙灯， λ> 420nm）下90分钟时速率常数为（0.0285min-1）的MB的百分比。 NB-2的活性优于Bi2WO6与各种助催化剂（即Pt、g-C3N4、BiFeO3、磁性碳纳米洋葱、CuInS2和CQDs）。 NB-2的光催化机制归因于PCO过程和从肖特基结结构提出的电子-空穴的有效隔离。
6.高级氧化工艺
有机污染物的降解和矿化可以通过高级氧化过程（AOPs）产生的羟基自由基（?OH）和超氧自由基（?O2-）等强氧化剂实现，副产物绿色环保。 AOPs反应主要可分为基于羟基自由基的AOPs、基于臭氧的AOPs、芬顿相关的AOPs和基于硫酸根的AOPs 。 Fenton反应是重要的AOP ，是铁基、钛基、钴基等金属基反应。这些金属用于H2O2催化，然后产生自由基。与其他基于金属的反应相比，传统的Fe2+/H2O2均相系统或其对应物通常包括固体亚铁纳米粒子，得到了广泛的研究。然而，大剂量的铁基芬顿试剂，如H2O2 ，造成了大量的环境问题。 AOP中采用了几种具有优异光催化活性的金属氧化物，包括TiO2、MVO4、ZnO和WO3 。然而，高光催化活性和低毒性和成本使TiO2成为研究最广泛的半导体。将MXenes的光催化活性与其他金属氧化物结合在降解染料分子和释放有害副产物方面变得越来越有吸引力。使用钛基光（伪）芬顿双功能催化剂，根据以下方程式：Ti3++H2O2→Ti4++OH-+·OH(1)Ti4++H2O2→Ti3++·OOH+H+(2)·OH+H2O2→H2O+·OOH(3)Ti4++·OOH→Ti3++O2↑+H+(4)
开发了微孔MXene单层和均匀嵌入在MXene薄片表面上的TiO2纳米点（mp-MXene/TiO2-x纳米点（NDs）），以提供对染料分子的高催化降解以及低浓度和H2O2剂量。复合材料的制备如图（图17a）所示，其中多层MXene与30% H2O2混合。 MXene薄片受到H2O2的攻击，从薄片中挖掘出Ti原子并将它们氧化成TiO2-x纳米点，将结构变成多孔的。 TEM图像表明复合材料中存在卷曲的碎片MXene薄片，孔径为10-50 nm ，表现出类似膜的特征。 RhB的分解在10分钟内实现，降解效率为96% ，即使在10个循环后也稳定，这归因于光照下低剂量H2O2的存在（图17b）。与传统的Fenton反应相比， mp-MXene/TiO2-x纳米点仍然可以在较宽的pH值范围内表现出出色的催化性能，这是由于ROS在黑暗中产生?OH和在光中产生?O2-（图17c）.
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图17. (a) mp-MXene/TiO2-xNDs的配方。 (b)mp-MXene/TiO2-xNDs的光催化性能。 (c) mp-MXene/TiO2-xNDs的光降解机制。 (a-c)版权所有， 2018 RSC 。
通过简单的溶剂热法制备了立方体状Co3O4颗粒改性自组装MXene（MXene-Co3O4），该方法允许在240分钟后完全去除MB ，在80分钟后完全去除RhB 。 MXene-Co3O4的催化性能增强可以通过MXene、Co3O4和MB在H2O2的辅助下的积极协同作用来解释。 MXene和Co3O4纳米复合材料之间的出色相互作用防止了Co3O4在整个催化过程中下降。与裸MXene和Co3O4（表4）相比， MXene-Co3O4显着降低了MB和RhB（表4）以及复合材料连续八次循环的可重复性。
2020年，通过一锅水热处理将Fe2+（以Fe3O4磁性纳米粒子(MNPs)的形式）结合到MXene片材（催化剂基材）中以提高催化性能。该方法旨在控制制备的Fe3O4纳米粒子的形态和尺寸，而催化剂基材的高表面积可防止它们聚集，赋予更多的反应位点并加速催化反应过程中的电子转移过程。
SEM揭示了新型磁性MXene复合材料（Ti3C2-MNPs）的层状结构，其中MNPs（~5 nm）以良好的分散状态固定在 Ti3C2上。 N2吸附-解吸等温线表明， Ti3C2-MNPs(23.380 m3/g)的SSA比纯 Ti3C2(25.368 m3/g)低，这可以通过MNPs阻塞效应的存在来解释。该复合材料的催化性能针对（RB、MO、CR和MB）进行了测试，显示出优异的性能， MB在6分钟内完全降解。这可以通过形成更厚更大的Fe3O4纳米粒子来解释。提高pH值会降低?OH的降解效率和氧化性能，这归因于更多H2O2的分解，增加了与?OH反应的OH- ，与?OH相比，产生了活性较低的氧化剂(?O2-1) 。另外形成FeO2+而不是离子形式（Fe2+）。相反，由于加速分子运动并在芬顿反应中产生更多自由基，升高温度可提高降解效率。值得注意的是，即使重复使用5次， MB的降解效率仍然在94%以上。