TiO2与Ti3C2-TiO2杂化材料（MXene）在水泥砂浆上的光催化降解TVOC技术：环境空气污染治理新策略

本研究针对室内外环境中致癌性总挥发性有机物（TVOC）污染问题，创新性地将TiO2与二维材料Ti3C2 MXene杂化制备光催化水泥砂浆。通过批次反应器测试发现，Ti3C2-TiO2杂化材料降解速率达2.13E-04 min-1cm-2，较纯TiO2提升近1倍，同时降低3.4%吸水率和25%噪音，为建筑功能材料与空气净化协同设计提供新范式。

　　

随着城市化进程加速，室内外空气污染已成为全球公共卫生危机。其中，总挥发性有机物（TVOC）作为致癌物，其年排放量已超千万吨，且预计2030年将增长30%。这些污染物不仅诱发癌症、哮喘等疾病，更会形成二次污染物如臭氧和有机气溶胶。传统TiO₂光催化技术虽能降解TVOC，但受限于仅响应紫外光（波长<400 nm）、电子-空穴对快速复合等问题，实际应用效果大打折扣。

印度理工学院鲁普纳格分校与CSIR-中央科学仪器研究所合作团队在《Materials Chemistry and Physics》发表研究，开创性地将新型二维材料Ti₃C₂ MXene与TiO₂复合，开发出兼具高效TVOC降解与建筑功能增强的水泥砂浆涂层。研究通过X射线衍射（XRD）、紫外-可见光谱（UV-Vis）、拉曼光谱和场发射扫描电镜（FESEM）表征材料特性，采用批次反应器评估不同TiO₂掺杂量（3%-20%）及MXene杂化体系的光催化性能，并测试涂层的吸水率和隔音效果。

关键实验方法
研究采用普通硅酸盐水泥（OPC 43）与河沙按1:6配比制备基材，通过喷涂法负载不同比例TiO₂及Ti₃C₂-TiO₂杂化材料。利用150分钟批次反应测试TVOC降解动力学，结合表面表征技术分析材料微观结构。

TiO₂和Ti₃C₂-TiO₂杂化表征
UV-Vis显示杂化材料吸收边红移至可见光区，XRD证实成功构建TiO₂/Ti₃C₂异质结。FESEM显示MXene的层状结构为TiO₂提供高比表面积载体，拉曼光谱揭示界面电荷转移增强机制。

水泥砂浆性能优化
实验发现8.6% TiO₂掺杂量时降解速率达峰值1.17E-04 min^-1cm^-2，过量掺杂会阻塞活性位点。MXene杂化体系通过抑制电子-空穴对复合，将降解效率提升82%，同时降低材料吸水率并显著改善隔音性能。

结论与意义
该研究首次证实Ti₃C₂-TiO₂/水泥砂浆体系在自然光下可实现高效TVOC降解，突破传统光催化材料对紫外光的依赖。MXene的引入不仅通过异质结效应提升电荷分离效率，其独特层状结构更赋予材料多功能特性。这项由Isha Goyal和Putul Haldar等完成的工作，为发展"自净化建筑"提供关键技术支撑，尤其适用于TVOC污染严重的发展中国家城市环境治理。