锡掺杂TiO2/Ti3C2 MXene新型光催化剂的构建及其在可见光驱动降解有机污染物中的协同增效机制

为解决工业废水中有机污染物（如罗丹明B和地乐酚）难降解问题，克尔曼大学团队通过水热法合成Sn-TiO2/Ti3C2 MXene纳米复合材料。该催化剂通过Sn掺杂将TiO2带隙从3.40 eV降至2.76 eV，并利用MXene的肖特基结促进电荷分离，在可见光下实现罗丹明B（95.64%）和地乐酚（91.38%）的高效降解，为废水处理提供稳定高效的新型解决方案。

随着工业快速发展，染料和农药等有机污染物对水环境的威胁日益严峻。地乐酚（Dinoseb）作为高毒性除草剂，其半衰期可达31天；罗丹明B（Rhodamine B）则因致癌性被广泛关注。传统物理吸附和生物处理存在二次污染或效率低下等问题，而半导体光催化技术能将污染物矿化为CO₂和H₂O，成为研究热点。然而，常用TiO₂催化剂带隙宽（3.2 eV），仅响应紫外光，且载流子复合率高。克尔曼大学的研究团队创新性地将锡掺杂TiO₂与二维Ti₃C₂ MXene复合，通过能带工程和界面调控实现可见光高效催化，成果发表于《Materials Science and Engineering: B》。

研究采用水热法合成材料，结合X射线衍射（XRD）和莫特-肖特基分析（Mott-Schottky）表征结构，通过Tafel曲线和光电流测试评估电化学性能，并运用响应面法（RSM）优化降解条件。

结构分析
XRD证实Sn⁴⁺成功取代TiO₂晶格中的Ti⁴⁺，MXene的（002）晶面特征峰表明其结构完整性。紫外漫反射显示Sn掺杂使TiO₂吸收边红移，带隙从3.40 eV降至3.26 eV，复合MXene后进一步降至2.76 eV。

光电性能
莫特-肖特基测试显示Sn-TiO₂/Ti₃C₂的平带电位负移，证明MXene作为电子受体形成肖特基势垒。光电流密度较纯TiO₂提升4.7倍，表明载流子分离效率显著提高。

降解机制
捕获实验证实^•OH和^•O₂⁻是主要活性物种。MXene的高导电性促进电子转移，而Sn掺杂引入的缺陷位点延长空穴寿命，协同作用使RhB降解速率常数达0.0576 min⁻¹。

实际应用
经7次循环后催化剂效率仅降低6.5%，总有机碳（TOC）去除率超80%，证实其稳定性和矿化能力。对比文献数据，该材料在相同条件下对RhB的降解率比Fe-TiO₂高32%。

该研究首次将Sn-TiO₂与Ti₃C₂ MXene复合，通过能带调控和界面工程突破传统TiO₂基催化剂的局限性。Sanaz Merci等提出的"掺杂-复合"双策略为设计高效可见光催化剂提供新思路，对实现工业废水绿色处理具有重要实践意义。