Ti3C2 MXene 纳米片制备、改性及其光催化应用研究*

陈鹏越，郜洪文

（同济大学 环境科学与工程学院,上海 200092）

随着科学技术的快速发展，环境污染和能源短缺问题日益凸显。光催化技术凭借其高效、绿色等特点，被认为是解决环境污染和缓解能源短缺问题的一种有效手段。但单一光催化剂效果不理想，其中半导体电子-空穴对寿命短、量子产率低及光响应范围窄等问题是限制材料光催化性能的关键因素。

碳化钛（Ti3C2）是MXenes（二维过渡金属碳化物/碳氮化物）家族成员之一，其表面丰富的亲水基团，多吸附和金属位点，极强的光吸收能力与优异的电子传输能力，可作为助催化剂，有效抑制光生载流子复合、提升光催化性能，因而受到广泛关注。MXenes 是一类新型的二维材料，其通式是Mn+1Xn，M为过渡金属，X 为C 或者N 原子。作为被广泛研究的MXenes 材料之一，Ti3C2已被应用于光催化降解污染物、CO2还原、产氢等多个领域。

本文综述了Ti3C2MXene 纳米片的性质与合成方法，重点介绍了Ti3C2MXene 纳米片与光催化材料复合结构特点及其在光催化降解新型污染物、光催化产氢、光催化还原CO2的应用研究进展，并对Ti3C2MXene 纳米片的深入研究进行了展望。

1 Ti3C2 MXene 的性质

1.1 Ti3C2 的结构与理化性质

Ti3C2的前驱体MAX 相钛碳化铝（Ti3AlC2）的晶体结构是六个原子层（Ti-C-Ti-C-Ti-Al）的周期性叠加的六方晶相[1]（如图1），其中Ti-Al 键比Ti-C键弱，因而在选择性刻蚀“Al”层的过程中不会破坏Ti-C 键。Ti3C2表面暴露的金属位点具有高表面能，因此，在刻蚀过程中，其快速和溶液中阴离子结合形成表面终止末端（或称表面基团）[2]，如-F/-O-/OH等，简写为Tx。经过刻蚀后的Ti3C2Tx呈多层状结构，将其单层的Ti3C2Tx称为二维Ti3C2纳米片。……