综述：可持续未来的新星：功能化MXene及其异质结构在CO2光还原中的应用

这篇综述系统探讨了二维过渡金属碳氮化物（MXene）作为高效光催化剂的潜力，重点分析了其表面功能化（-O、-OH、-F等）、异质结构构建（Type-II/Z-scheme）及第一性原理计算（DFT）在CO2光还原（PCR）中的应用，为开发低成本、高稳定性的可再生能源转化材料提供了新思路。

　　

MXene的结构与特性

MXene是一类由MAX相前驱体经选择性刻蚀铝层得到的二维过渡金属碳/氮化物（化学式M_n+1X_nT_x），其表面丰富的亲水性官能团（-O、-F等）和原子级厚度赋予其超高电导率（>10⁴ S/cm）和可调电子结构。理论模拟（DFT）显示，末端基团显著影响其费米能级位置，使Ti₃C₂T_x可作为电子受体加速光生电荷分离。

合成方法进展

主流制备采用氢氟酸（HF）或氟盐（如LiF+HCl）刻蚀法，但易引入缺陷。新兴的熔融盐法（ZnCl₂/KF体系）可在低温下获得高纯度MXene，而超声辅助剥离则能制备单层量子点（QDs），比表面积提升至500 m²/g以上。

异质结的光催化机制

MXene与半导体（如TiO₂、g-C₃N₄）构建的Schottky结通过金属-半导体界面形成内建电场，驱动电子定向迁移。Type-II异质结（如MXene/BiVO₄）利用能带偏移实现空间电荷分离，而Z-scheme体系（MXene/CdS）保留高氧化还原电位，将CO₂转化效率提升至传统催化剂的3倍。

CO₂还原应用

Ti₃C₂T_x/g-C₃N₄复合物在可见光下将CO₂选择性还原为CH₄（产率28.7 μmol/g/h），MXene量子点修饰的ZnO更将CO产率提高至154 μmol/g/h。其表面羧基（-COOH）能特异性吸附CO₂分子，降低活化能垒。

挑战与展望

当前面临的关键问题包括：大规模制备的层数控制、水氧环境下的稳定性（>72小时耐久性测试）、以及精准调控末端基团对反应路径的影响。未来可探索机器学习辅助设计多元MXene合金（如Mo₂TiC₂T_x），或与单原子催化剂（SACs）耦合构建新型活性位点。