? ? ? ?光催化水分解，CO2減少和污染物降解已成為解決現(xiàn)有環(huán)境和能源危機(jī)的有希望的戰(zhàn)略。然而，由于助催化劑能夠有效地從光催化劑中提取電子并實(shí)現(xiàn)快速/增強(qiáng)的催化反應(yīng)，因此在光催化劑材料上接枝昂貴且含量較低的貴金屬助催化劑是提高光催化性能的強(qiáng)制性做法。因此，開發(fā)由地球豐富的元素組成的高效、廉價(jià)且不含貴金屬的助催化劑被認(rèn)為是朝著將光催化視為更經(jīng)濟(jì)的策略邁出的重要一步。最近，MXenes（二維 (2D) 過渡金屬碳化物、氮化物和碳氮化物）已顯示出作為貴金屬助催化劑替代品的巨大潛力。MXenes 具有幾個(gè)優(yōu)異的特性，包括原子級(jí)薄的二維形態(tài)、金屬導(dǎo)電性、親水表面和高比表面積。此外，它們表現(xiàn)出中間 H 原子吸附的吉布斯自由能接近于零，并且低于商業(yè) Pt 基助催化劑，費(fèi)米能級(jí)位置高于 H2代潛力，并具有出色的捕獲和活化CO2分子的能力。因此，人們對(duì)用于各種光催化事件的基于 MXene 的光催化劑材料越來越感興趣。在這篇綜述中，作者重點(diǎn)介紹了具有 2D 和 0D 形態(tài)的 MXenes 的合成、MXenes 的穩(wěn)定性以及用于 H2釋放、CO2還原和污染物降解的基于 MXene 的光催化劑的最新進(jìn)展。還討論了提高 MXene 基光催化劑的光催化性能的現(xiàn)有挑戰(zhàn)和可能的未來方向。

? ? ? ? 在這篇綜述中，試圖全面概述 MXene 納米片合成（多層、少層和單層形態(tài)）和量子點(diǎn)的進(jìn)展；MXenes 的穩(wěn)定性（與水、空氣和光的相互作用）；MXenes在光催化H2生成、CO2減排和污染物降解領(lǐng)域的適用性和適用性。毫無疑問，十年來的持續(xù)研究工作見證了 MXenes 的合成顯著增長(zhǎng)，并了解了它們適用于包括光催化在內(nèi)的各種應(yīng)用的特性。然而，與其他二維材料相比，對(duì) MXenes 的研究仍處于起步階段。MXene 研究仍存在許多挑戰(zhàn)，尚待解決以取得進(jìn)一步進(jìn)展。探索將 MAX 相無 HF 選擇性蝕刻到 MXene 中對(duì)于 MXene 研究至關(guān)重要，因?yàn)?(1) HF 具有極強(qiáng)的腐蝕性和環(huán)境危害性；(2) HF蝕刻的MXene容易出現(xiàn)很多缺陷，氧化穩(wěn)定性差；(3) 它需要額外的后合成過程來對(duì)所生產(chǎn)的多層 MXene 進(jìn)行分層。此外，還應(yīng)探索優(yōu)化大規(guī)模生產(chǎn)高質(zhì)量 MXene 的合成條件，以實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用和商業(yè)化。盡管多年來出現(xiàn)了幾種合成策略，但它們不如 HF- 或原位基于 HF (MILD) 的合成方法。然而，由于不同的蝕刻劑導(dǎo)致 MXenes 以不同的表面官能團(tuán)封端，蝕刻劑和合成條件的定制可以促進(jìn) MXenes 表現(xiàn)出不同的電學(xué)、光學(xué)和光催化性能。大多數(shù)基于 MXene 的光催化應(yīng)用研究都采用了使用 HF 或原位HF 作為蝕刻劑合成的 MXene 納米片。使用無 HF 和無水合成方法衍生的 MXenes的光催化 H2生產(chǎn)能力還有待理論和實(shí)驗(yàn)探索。此外，盡管具有不同元素組成的 MXenes 實(shí)驗(yàn)性地從其相應(yīng)的 MAX 相剝離，但光催化研究過度集中在 Ti3C2Tx?MXene。此外，DFT 計(jì)算預(yù)測(cè)所有原始 MXene 都是金屬的，而以某些官能團(tuán)（-O 或 -OH 或 -F）封端的 MXene 是半導(dǎo)體，其帶隙取決于表面官能團(tuán)的類型。此外，-O 封端和 -F 封端的 Ti3C2Tx?MXenes的功函數(shù)和 ΔGH*值不相同，而 -OH 封端對(duì)于捕獲和活化 CO2分子非常好。因此，合成具有特定官能團(tuán)末端的 MXenes 對(duì)于它們的光催化應(yīng)用非常重要。還應(yīng)考慮可以調(diào)整 MXenes 的表面電子特性的缺陷工程和摻雜策略，以提高 MXenes 用作助催化劑的性能。由于光催化反應(yīng)主要發(fā)生在水溶液中的強(qiáng)光照射下，MXenes在水性介質(zhì)中的氧化穩(wěn)定性較差，在光照下進(jìn)一步劣化，對(duì)在整個(gè)催化反應(yīng)過程中保持MXenes的原始化學(xué)組成構(gòu)成嚴(yán)重威脅。此外，MXene 助催化劑與其他半導(dǎo)體的共混通常需要苛刻的反應(yīng)條件，例如水熱處理或高溫?zé)嵬嘶?，這可能導(dǎo)致 MXene 的無意氧化，從而導(dǎo)致產(chǎn)生不需要的金屬氧化物半導(dǎo)體以及 MXene 和預(yù)期的光催化劑的化學(xué)相互作用。盡管已經(jīng)報(bào)道了幾種表面保護(hù)策略來最小化或減緩 MXenes 的氧化，它們有效地降低了 MXenes 的電導(dǎo)率水平，這是光催化應(yīng)用的關(guān)鍵參數(shù)；這些表面保護(hù)的? ? ? ? ? ? ? ? ?MXenes 用于光催化應(yīng)用的潛力尚未得到研究。因此，應(yīng)該開發(fā)在不影響其導(dǎo)電性的情況下保護(hù) MXenes 免受氧化的先進(jìn)策略；此外，應(yīng)研究它們的助催化劑性能。通常，MXene 納米片的氧化動(dòng)力學(xué)隨著片尺寸的減小而加速。考慮到這一事實(shí)，由于 M-QD 的高暴露表面積和易形成缺陷的能力，它們應(yīng)該更容易被快速氧化。然而，關(guān)于 M-QD 的氧化動(dòng)力學(xué)的研究仍然難以捉摸，總體而言，盡管 MXene 助催化劑是光催化應(yīng)用中昂貴的貴金屬助催化劑的有前途且有吸引力的替代品，但仍需要大量的研究工作來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。這一領(lǐng)域的突破既有挑戰(zhàn)也有機(jī)遇。增強(qiáng)氧化穩(wěn)定性和微調(diào) MXene 的表面官能團(tuán)是增強(qiáng)和穩(wěn)定光催化性能的關(guān)鍵瓶頸問題。