Page 62 - 《精细化工》2021年第12期
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·2424·                            精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 38 卷

            （ABABAB），而在 M 3 X 2 和 M 4 X 3 中，M 原子呈现面            机染料、有机污染物等。同时，强 M—X 键和表面
            心立方序列（ABCABC）。在过渡金属的 MXenes 合成                     终端基团（—F、—OH 和—O）的存在影响 MXenes
            过程中，原子的有序性对结构稳定性至关重要                   [22] 。      材料的机械稳定性，通过表面功能化，MXenes 的机
                                                               械弹性可得到强化        [12] 。此外，这些官能团和缺陷容
                                                               易被一些分子修饰，可据此制备 MXenes 复合材料，
                                                               为衍生其他功能材料提供新的途径。 如
                                                               RAMALINGAM 等     [24] 根据不同种类的官能团通过
                                                               配位相互作用成功合成出 Ru SA -Ti 3 C 2 T x 催化剂，提
                                                               高了该材料析氢反应（HER）的催化活性。
                                                               1.2.3  MXenes 的热力学稳定性
                                                                   MXenes 的热力学稳定性使其在处理污染物时
                                                               能够耐环境变化。当 H 2 O 和 O 2 参与制备 MXenes
                                                               时，因为 MXenes 有被氧化降解的风险，在制备过
                                                               程中应仔细监测 MXenes 的热稳定性。
                                                                   MXenes 的热稳定性一般取决于其大小、组成和
                                                               环境。较大尺寸 MXenes 有利于其热稳定性的提高。

            图 3   单元结构为 211（n=1）、312（n=2）和 413（n=3）            不同成分 MXenes（特别是过渡金属类型）在相同条
                  的 MAX 相  [20]                                件下表现出不同的稳定性 。ENYASHIN 等                [25] 研究
                                                                                      [8]
            Fig. 3    MAX phases with unit structure of 211 (n=1), 312   发现，具有 C 和 N 原子随机分布的羟基化碳氮化合
                   (n=2) and 413 (n=3) [20]
                                                               物是高度热力学稳定的，然而，在实时合成过程中，
            1.2  MXenes 的特性                                    原始 MXenes 在水中、在高温下或在空气中紫外线
            1.2.1  MXenes 的结构特性                                照射下处于长时间暴露于 O 2 中的状态时，会被氧化
                 类似于石墨烯，MXenes 具有特殊的分层结构和                      降解，从而导致 MXenes 材料稳定性的下降                  [26] 。
            二维形态，并且具有良好的柔韧性。MXenes 经本体                         TAHIR 等  [16] 通过 XPS 发现，端接—OH，—O 的
            前驱体 MAX 腐蚀后具有清晰的层状结构，其横向                           MXene 比端接—F 的 MXene 更稳定。因为当 MXene
            尺寸可以达到 100 nm 以上，并且单片的厚度通常小                        被置于水溶液中或被水洗时，—F 基团可以被—OH，
                    [8]
            于 5 nm 。而且，刻蚀后获得的 MXenes 可以通过                      —O 基团取代。因此，用 MXenes 材料吸附或催化
            超声处理或嵌入剂进一步剥落成单个纳米片，这提                             水中污染物时，可选择—OH 和—O 较多的 MXenes。
            供了一个完美的衬底来支持其他纳米材料的生长，                             在环境条件影响方面，当 MXenes 置于溶液环境时，
            例如：零维（0D）纳米粒子、一维（1D）纳米线或                           溶解了氧的水介质和升高温度明显有利于污染物的
            与 2D 纳米片结合形成三维（3D）杂化结构等。这                          降解。避免 MXenes 被氧化可以保持 MXenes 的热
            是 MXenes 容易与其他材料复合的原因之一。根据                         力学稳定性。目前，已有文献报道能保持 MXenes
            对特定功能选择的需要，可以调整不同的复合材料，                            的原始结构和稳定性的方法，如纳米碳镀法                    [27] 和用
            将其应用于不同领域，如吸附领域、光催化领域。                             二甲基亚砜作为溶剂进行高能机械研磨的方法                     [28] 。
            例如：TAHIR 等     [23] 通过氢氟酸刻蚀法一步合成了存                 通常情况下，在无氧的水或干燥空气中储存 MXenes
            在 TiO 2 纳米粒子原位生长的 2D 多孔 g-C 3 N 4 （PCN）            可延长其稳定性。此外，如果是 MXenes 胶体溶液，
                                                               可以将其储存在黑暗的冷藏环境或真空干燥条件
            耦合剥离的 3D Ti 3 C 2 T A  MXene（TiC）纳米片。TiO 2
            嵌入 Ti 3 C 2 T A 纳米片的原位生长构建了 PCN/Ti 3 C 2 T A       下，这样能最大程度降低其氧化速率，使其在光催
            MXenes 2D/3D 异质结，有利于提高太阳能光催化                       化时保持良好性能        [29] 。
            CO 2 还原的效率。与原始 PCN 样品相比，该材料的                       1.2.4  MXenes 的光学特性
            CO 2 还原能力得到大幅提高，对 CO 和 CH 4 析出的                        MXenes 具有部分金属性质，包括金属的部分光
            性能分别提升 9.9 倍和 6.7 倍。                               学特性   [30] 。金属较显著的光学特性是反射高、吸收
            1.2.2  MXenes 的化学性质                                强，但 MXenes 对光的吸收率较低。原因是大部分
                 通常来说，MXenes 的制备是利用溶液刻蚀获                       MXenes 的禁带宽度很小，吸收边缘趋于零。但是
            得，刻蚀过程中不可避免存在—F、—OH 和—O 官                          MXenes 与其他材料结合时，光学特性会发生变化。
            能团和缺陷，这些官能团和缺陷赋予材料更好的亲                             如 Ti 3 C 2 T 2 的紫外光吸收率比原始 Ti 3 C 2 的紫外光吸
                                                                                                 2
            水性，利于 MXenes 吸附水中的各种分子，例如有                         收率高，原因是 C 的 p 轨道与 Ti 的 dz 杂化后对禁
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