MXén/félvezető kompozitok fotokatalitikus vizsgálata

Investigation of the photocatalytic properties of MXene/semiconductor composites

Abstract

In this work, we synthesized a Ti₃C₂ MXene and investigated its influence on the photocatalytic activity of P25 TiO₂. Several synthesis parameters were tested, and applying Ti₃AlC₂ precursor in a 40% HF solution during hydrothermal treatment resulted in the highest yield (78%) with satisfactory purity. The obtained MXene powder, after characterization, was physically mixed with P25 TiO₂ at different mass ratios, and the photocatalytic activity was measured. Based on the results, the optimal MXene concentration is 1 wt.%, which enhances the photocatalytic performance of P25. We also examined whether the improvements observed in physical mixtures could also be achieved in chemically bonded composites. For this purpose, a sol-gel synthesis was employed for the TiO₂ synthesis, then calcined at 500 °C in an O₂/N₂ atmosphere. Additionally, ZnO–Ti₃C₂ and ZnO–Ti₃C₂(OH) MXene composites were also prepared and investigated, along with the stability of MXenes in water and air. The prepared samples will be further characterized via SEM, IR, and Raman measurements.

Kivonat

Munkám során a Ti₃C₂ MXént állítottunk elő és vizsgáltuk a hatását a P25 TiO₂ fotokatalitikus aktivitására. Több szintézisparamétert is vizsgáltunk a leghatékonyabb MXén előállítása érdekében: a legnagyobb hozamot (78%) és megfelelő tisztaságot a Ti₃AlC₂ prekurzor 40%-os HF-oldatban végzett hidrotermális kezelésével kaptuk. Az így nyert MXén port anyagszerkezeti jellemzése után különböző tömegarányban kevertük P25 TiO₂-vel, majd mértük a fotokatalitikus aktivitást. Az eredmények alapján az optimális MXén koncentráció 1 wt.%, amely fokozza a P25 fotokatalitikus teljesítményét. Azt is vizsgáltuk, hogy kémiai kötésekkel kialakított kompozitok esetén is hasonló eredményeket érünk-e el. Ennek érdekében szol-gél szintézist alkalmaztunk TiO₂ előállításához, majd kalcináltuk az amorf termékeket 500 °C-on, O₂/N₂ atmoszférában. Emellett ZnO–Ti₃C₂ és ZnO–Ti₃C₂(OH) MXén kompozitokat is előállítottunk és vizsgáltuk az MXének stabilitását vízben és levegőn. A minták részletes jellemzését SEM, IR és Raman mérések segítségével tervezzük elvégezni.