Page 26 - 《精细化工》2022年第11期

·2176· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 39 卷

2.2 掺杂改性
通过掺杂一些杂原子如硫、氮、碳以及过渡金
属等也能改善 MXene 的电化学性能。硫、氮、碳等
元素可与 MXene 表面基团（—F、—OH 和—O）形
成化学键，进而提高 MXene 的导电性，同时也可改
善其表面润湿性以增加表面活性位点。使用过渡金
属掺杂 MXene 还可赋予其优异的析氢反应（HER）
催化活性，有望开发出用于清洁能源的新型无贵金
属催化剂。
氮掺杂是常见的掺杂方法之一 [59] 。LU 等 [60] 全
面研究了 MXene 的氮掺杂机理（图 3）。如图 3a
所示，在 Ti 3 C 2 T x （T=F、OH 和 O）中发现了 3 个
可能的位点来容纳氮掺杂剂：C 的晶格取代（LS）、

+ —OH 的功能取代（FS）和—O—端的表面吸收（SA）。
SI-Ti 3C 2T x 表示 Na 插层 MXene；CPX@SI-Ti 3C 2T x 表示 SI-Ti 3C 2T x
吸附 CPX 通过测量掺氮前后的能差，计算出各构型的形成能
图 2 插层改性的 MXene 去除废水中环丙沙星的吸附和 （E f），所得结果如图 3b 所示。在取代官能团时，发
电化学再生示意图 [53] 现—OH 的形成能为−4.71 eV，其次是—F（−3.84 eV），
Fig. 2 Schematic diagram of adsorption and electrochemical
regeneration of ciprofloxacin from wastewater by 而—O—的形成能为 0.02 eV，认为相应的取代过程
intercalation modified MXene [53] 是不可行的。

图 3 Ti 3 C 2 中氮掺杂剂的模拟：Ti 3 C 2 T x 的原子结构与所有可能的氮掺杂剂位置（a）；形成能计算结果（阴影为正值）
（b）；氮原子与在 Ti 3 C 2 超级单体能量最有利位置的原子方案（俯视图）（c）；过渡态能量计算结果（d） [60]
Fig. 3 Simulation of all nitrogen dopant atomic scheme of Ti 3 C 2 T x in Ti 3 C 2 (a); Formation energy calculation results (shaded
part for positive values) (b); Nitrogen atom and atomic scheme at optimal position of energy in Ti 3 C 2 supercell (top
view) (c); Transition state energy calculation results (d) [60]