新型二維層狀材料MXene 在光催化水處理應用中的研究進展

楊傳璽，劉瀟廣，高 暢，王小寧，劉永林，董文平，劉 琳，孫好芬，劉長青，王煒亮

（1.青島理工大學環境與市政工程學院，山東青島 266520；2.青島佳明測控科技股份有限公司，山東青島 266000）

環境問題是制約人類發展的主要因素，進入水體的多環芳烴、鹵代烴或有機農藥等有機污染物具有成分復雜、降解困難以及毒性大等特點，傳統的水處理工藝（活性污泥法、生物氧化法等）對難降解有機廢水處理效果欠佳〔1-3〕。因此，具有效率高、操作簡單、反應條件溫和等優點的光催化技術成為極具潛力的廢水處理工藝〔4-5〕。

然而，傳統金屬氧化物光催化劑存在禁帶寬度大、空穴-電子對復合率高等局限性，限制了光催化技術在水處理領域的應用〔6-7〕。針對光催化劑光能利用率低以及催化劑表面活性位點不足等問題，科學家提出了不同的提升光催化劑性能的方法，包括摻雜改性、半導體復合改性、半導體異質結和碳材料改性等〔8-10〕。

近年來，二維材料研究備受關注。二維材料由于其具有特有的厚度尺寸、比表面積大、導電能力優良、反應活性位點豐富等優點，在光催化劑改性上展現出很好的應用前景〔11-12〕。孫洋洋〔13〕采用溶膠凝膠法制備了TiO2/氧化石墨烯光催化劑，紫外燈照射2 h后活性艷紅降解率達到95.23%，與未改性TiO2相比降解率高出85%。Xiaowei LI等〔14〕采用水熱法制備了MoS2/BiOI 復合光催化劑，當MoS2質量分數為0.5%時，復合光催化劑對羅丹明B 的降解率為95.2%，與未改性BiOI 光催化劑相比，羅丹明B 降解率高出63.2%，同時自由基檢測實驗證明了光催化過程中的關鍵活性物質是空穴。復合材料具有更高的光催化活性，歸因于二維材料對污染物具有良好的吸附性能，同樣二維材料抑制了電子和空穴的復合〔15〕。

隨著對二維材料研究的不斷深入，開發更加高效、清潔、廉價的新型二維材料成為人們的一個重要研究方向。M. NAGUIB 等〔16〕使用HF 刻蝕Ti3AlC2中的鋁原子層，首次制備出新型二維材料Ti3C2Tx，研究發現Ti3C2Tx的原子結構與石墨烯中碳原子的堆積方式相似，便將這種新型二維材料取名為MXene。M.W. BARSOUM 等〔17〕把化學通式為Mn+1AXn（n=1～3）的三元層狀碳氮化合物統稱為MAX 相，MAX 中“A”所代表的是第三、第四主族的元素，如Al、Ga 等，“X”為碳或氮元素，“M”則代表過渡金屬元素，如Sc、Ti、V 等。在MAX 相結構中，Mn+1Xn單元層具有較強的共價鍵，而A 層與M 層原子由于電子云重疊較低，結合較弱，便可使Mn+1Xn分離出來制備MXene〔18〕。在光催化過程中，MXene 可以作為高效助催化劑與半導體材料結合形成肖特基結或者異質結，抑制光生電子和空穴復合，從而提高光催化效率〔19〕。

目前MXene 作為一種助催化劑已在光催化領域被廣泛應用〔19〕。研究表明金屬氧化物納米材料通過與MXene 復合構建MXene/金屬氧化物復合材料，利用兩者的協同作用可以顯著提高復合材料的光催化性能。MXene 因其獨特的二維層狀結構，金屬氧化物納米材料易于在其表面生長和均勻負載，使復合材料具有更大的比表面積，提供更多的表面活性位，有利于污染物在復合材料表面的吸附；同時MXene 因具有高的導電性可以顯著提高金屬氧化物光生電子的轉移和電子-空穴對的分離。Hui WANG 等〔20〕制備了Ti3C2Tx/TiO2納米顆粒復合材料并用于光催化分解水產氫，結果表明復合材料具有優異的光催化性能，Ti3C2Tx/TiO2納米顆粒復合材料的最大產氫速率高達17.8 μmol/（h·g），與純金紅石型TiO2相比，光催化析氫反應速率提高了4 倍，其光催化性能的提高歸因于復合材料具有大的比表面積（116 m2/g）、TiO2與Ti3C2Tx之間形成的肖特基勢壘可使光生電子從TiO2轉移到Ti3C2Tx。嚴康等〔21〕采用溶劑熱法控制氧化剝離少層Ti3C2，進而制備了Ti3C2/TiO2納米顆粒復合材料，當氧化溫度為160 ℃時Ti3C2/TiO2納米顆粒復合材料在3 h 內對羅丹明B的降解率可達93.1%，顯著高于純TiO2和少層Ti3C2，其光催化性能的提高歸因于少層Ti3C2能夠提供電子轉移通道以提高TiO2的光生載流子的分離效率，同時Ti3C2和TiO2之間形成的C—O—Ti 化學鍵能夠有效降低TiO2的禁帶寬度，提高了復合材料對光的吸收和利用率。

筆者介紹了MXene 的制備方法、表面終端活性官能團、分散性和化學穩定性、MXene/金屬氧化物光催化劑機理、MXene 光催化增強機理，歸納總結了MXene 基光催化劑應用和光催化穩定性，并對未來研究的重點和方向提出建議與展望。

1 MXene 材料制備

目前已經理論預測或試驗合成中報道的MXene 材料有多種（如圖1〔22〕所示），按照MXene 的前驅體MAX 的種類劃分為“21 型”、“32 型”和“43型”；根據M 層的組成不同，將MXene 分為單金屬元素MXene、固溶體MXene 以及有序雙金屬MXene〔23〕。目前MXene 的制備方法有HF 刻蝕法、氟化物刻蝕法、堿刻蝕法、鹽酸水熱刻蝕法、路易斯酸刻蝕法、電化學刻蝕法、化學氣沉降法（CVD 法）以及高溫分解法等，這些MXene 制備方法及其優缺點如表1 所示。

表1 MXene 制備方法及其優缺點Table 1 Advantages and disadvantages of preparation methods for MXene

圖1 理論預測或試驗合成中報道的MXene 材料Fig.1 Reported MXene materials with experimental or theoretical prediction

1.1 化學液刻蝕法

常用的化學液刻蝕法包含HF 刻蝕法〔24〕、氟化物刻蝕法〔26〕、堿刻蝕法〔28〕和鹽酸水熱刻蝕法〔29〕，各方法示意如圖2 所示。

圖2 MXene 制備方法Fig.2 Preparation methods of MXene

HF 刻蝕法是目前制備MXene 材料使用得最廣泛的方法，如圖2（a）所示，在加入HF 刻蝕劑后，刻蝕去MAX 相中的“A”后合成MXene。但刻蝕條件受到MAX 相原子鍵、粒徑和結構等影響，隨著M 原子序數的增加，M—A 鍵更強，需要增加HF 濃度和刻蝕時間破壞M—A 鍵〔23〕。P. SRIVASTAVA 等〔24-25〕為研究不同反應條件對刻蝕的影響，使用不同溫度以及不同濃度的HF 對Ti3AlC2材料進行刻蝕，最終得到Ti3C2F2材料，具體刻蝕過程如式（1）～（3）所示。

氟化物刻蝕法是使用NaF、KF、NH4F 等氟化物鹽和硫酸、鹽酸等強酸的混合溶液來制備MXene，刻蝕原理是氟化物鹽與強酸形成HF，與HF 刻蝕法相比，該方法中陽離子和水嵌入MXene 中，增加了層間距，使MXene 材料具有更大的層間間距和多種功能，如圖2（b）所示〔26-27〕。Aihu FENG 等〔26〕使用NaHF2、KHF2、NH4HF2等氟化物鹽刻蝕Ti3AlC2，使用該方法需要在60 ℃以下，8 h 后Ti3AlC2才能開始剝離，在單級工藝中增大Ti3C2晶面間距，并可以更好地維持二維薄片結構，因此氟化物刻蝕法提供了一種安全高效的MXene 制備方法。

HF 刻蝕法和氟化物刻蝕法本質上都是HF 刻蝕MAX 去除“A”后得到MXene 材料，但HF 會對環境造成一定危害，因此亟需研發不需要HF 的環境友好型方法制備MXene 材料，堿刻蝕法就是其中一種。Tengfei LI 等〔28〕利用NaOH 輔助水熱法刻蝕Ti3AlC2得到了Ti3C2Tx（T 表示表面終端基因），但該反應需要在高溫（270 ℃）、高濃度NaOH 溶液的條件下進行，具體過程如式（4）～（5）所示，如圖2（c）所示。

除了堿刻蝕法以外，酸刻蝕法同樣不需使用HF。Changda WANG 等〔29〕使用鹽酸水熱刻蝕法實現了無氟制備高純度的MoCTxMXene 材料，在HCl的輔助下實現了可控的水熱反應，將由真空燒結工藝合成的Mo2Ga2C 和濃鹽酸放入帶有聚四氟乙烯的高壓釜中，綜合考慮到溫度、壓力對刻蝕效率的影響以及來自離散傅里葉變換結果的反應限制溫度，將體積分數為40%的濃鹽酸放入特氟龍內襯，在溫度為140 ℃、壓力為15 Pa 的條件下進行反應，最終如期得到MoCTxMXene 材料，如圖2（d）所示。

1.2 其他方法

化學液刻蝕法是目前最常用的制備MXene 材料的方法，但是HF 刻蝕法和氟化物刻蝕法的化學液中含有大量的氟，堿刻蝕法和酸刻蝕法需要引入大量NaOH或HCl，對環境和人體存在潛在威脅。因此，研究人員致力于開發無毒、安全、方便的方法制備MXene〔28〕。

V. KAMYSBAYEV 等〔30〕提出了路易斯酸熔鹽刻蝕法，該方法使用置換和消除反應控制表面基團，而不同官能團會賦予MXene 材料不同性能，該方法為制備含特定官能團的MXene 提供了可能，并成功合成了多種表面終端（O、NH、S、Cl 等）以及無表面終端的MXene 材料。Youbing LI 等〔31〕概括了路易斯酸熔鹽刻蝕法制備MXene 的路線，基于A 元素剝離反應的吉布斯自由能映射圖譜與高溫熔融鹽條件下陽離子與A 元素氧化還原電位的原理，提出了A 元素與路易斯酸熔融鹽的陽離子之間直接氧化還原偶聯刻蝕MAX 相。

Wanmei SUN 等〔32〕通過在HCl 電解質溶液中電化學刻蝕Ti2AlC 得到MXene 材料，刻蝕過程中不會存在氟離子，合成的MXene材料中只含有—Cl、—O 及—OH端基，該方法不涉及氟離子，危害小，對環境友好，但是該方法制備MXene 產量較低。

Chuan XU 等〔33〕使用CVD 法通過不同大小氣流制備不同晶體厚度MXene 材料，理論上可以生產出橫向尺寸較大且缺陷濃度極低的MXene 材料，材料厚度薄、韌性高，對研究MXene 各種物理、化學等內在特性有著重要的意義，但合成過程較為繁瑣，且生產效率低下。

高溫分解法主要是通過破壞MAX 材料熱穩定性，高溫分解使A 元素層選擇性脫落來制備MXene材料。研究發現，M—A 是MAX 所有化學鍵中鍵能最弱的，決定著MAX 的熱穩定性，在高溫熔融鹽的條件下，MAX 分解得到M、X，伴隨著M 和A 的升華，形成了Mn+1Xn，但該方法存在缺陷，在高溫將A 層蒸發出的同時破壞了Mn+1Xn的結構〔34〕。M. NAGUIB等〔35〕在900 ℃的條件下加熱Ti3AlC2制備了具有巖鹽結構的TiCx，然后在550 ℃氬氣條件下由Ti4AlN3制備出Ti4N3，但產物部分結構受到破壞。目前高溫分解法多用于碳化物MXene 材料制備，以Tin+1AlXn（X=C、N）為例，由于Ti—N 相對于Ti—C，鍵能小且更加活潑，使得Tin+1Nn制備更加困難且含有較多雜質。因此高溫分解法在Tin+1NnMXene 材料制備方面的應用仍需要更多的研究與改良。

2 MXene 材料表面終端活性官能團、分散性和化學穩定性

2.1 表面終端活性官能團

MXene 材料制備過程中表面形成含—OH、—F或—Cl 等基團后致使表面具有強大的親水性，因此MXene 材料顯示出不同的分散性和穩定性。使用酸性含氟混合溶液合成的MXene 封端材料表面終端基團中具有—OH、—O 和—F 表面基團，化學式為Mn+1Xn（OH）xOyFz，通常簡化為Mn+1XnTx。除了評估裸露Mn+1Xn層的性能外，還考慮了表面終端基團對材料性能的影響，大多集中于研究特定的表面終端基團（—OH 或—F），并對MXene 材料的性質進行預測〔36-37〕。

通過透射電子顯微鏡的電子能量損失譜〔25〕、中子散射〔38〕和NMR 波譜〔39-40〕對MXene 表面終端基團和薄片堆積進行研究，推測在MXene 表面上存在終端基團的隨機分布現象，而不是固定存在某種原子或終端基團；而原子堆積與DFT 預測基本一致，—OH 和—F 直接鍵合到MXene 薄片的表面上，而水分子則與—OH 基團鍵合〔39〕；但是沒有發現存在鄰位—OH 終端基團〔40〕，研究結果進一步驗證了MXene 材料表面終端基團的真實情況。

2.2 分散性

K. MALESKI 等〔41〕通過研究Ti3C2在極性質子溶劑（H2O、乙醇、甲醇）、極性非質子溶劑〔丙酮、乙腈（ACN）、二甲亞砜（DMSO）、N，N-二甲基甲酰胺（DMF）、N-甲基吡咯烷酮（NMP）、碳酸丙烯酯（PC）〕和非極性溶劑〔鄰二氯苯（DCB）、甲苯、己烷〕中的分散性發現，Ti3C2在DMSO、DMF、NMP、PC、乙醇和H2O 中都能形成穩定的分散溶膠，Ti3C2在溶劑中的分散性依賴于溶劑的表面張力，Ti3C2可在表面張力大于40 mN/m 的溶劑中形成穩定的溶膠。

2.3 化學穩定性

T. HABIB 等〔42〕研究發現環境介質會影響MXene 的氧化速率，MXene 在氧氣和水存在的條件下會分解，在高溫或紫外線照射下MXene 的氧化分解速度會加快。因此，MXene 需要在無氧、黑暗環境中冷凍儲存，與在水相中相比，MXene 在有機溶劑、空氣和固體介質中的氧化速率會慢一些。為了抑制MXene 氧化，近年來出現了許多抗氧化劑，如L-抗壞血酸鈉：加入L-抗壞血酸鈉后Ti3C2Tx在6 個月后仍保持其制備后的外觀，而沒有加入L-抗壞血酸鈉的情況下Ti3C2Tx被氧化、降解形成TiO2和碳，結果表明抗氧化劑L-抗壞血酸鈉的存在使得MXene 能與溶解的氧氣和水分子隔離〔43〕。

3 MXene 基納米材料光催化原理

3.1 金屬氧化物光催化原理

半導體光催化活性來源于半導體的能帶結構，由布滿電子的低能價帶（VB）和空的高能導帶（CB）組成，價帶和導帶之間存在禁帶（Eg）。半導體光催化劑在光照下，當光子的能量大于半導體禁帶寬度時，VB 上的電子易被激發到CB 產生光生電子，同時VB 產生光生空穴。光生電子、光生空穴分別具有很強的還原性和氧化性，迅速遷移到半導體表面，其中光生電子與表面O2形成超氧陰離子自由基（O2·-），光生空穴與表面OH-形成羥基自由基（·OH）。·OH和O2·-是金屬氧化物光催化過程中的主要活性氧物種（ROS），可以將吸附在光催化劑表面的有機污染物礦化為CO2、H2O 和無機鹽等小分子，如圖3所示〔44〕。

圖3 金屬氧化物光催化機理Fig.3 Photocatalytic mechanism of metal oxide

3.2 MXene/金屬氧化物光催化增強機理

半導體光催化劑存在光利用效率低以及光生電子-空穴復合速度快等問題，抑制了光催化反應的進行，降低了反應效率。MXene 作為新型二維材料助催化劑，在光催化領域得到廣泛關注。MXene 通過與半導體材料合成，構成的復合材料可以利用兩者的協同作用，提高光催化反應活性。MXene 材料具有獨特的二維層狀結構，使得半導體材料可以在其表面生長和均勻負載，較單一的半導體材料，其復合材料的比表面積更大，從而提高表面活性位點的數量，便于物質吸附在其表面。MXene材料具有良好的導電性，可以顯著提高電子轉移能力，使光生電子與空穴分離。Yan ZHUANG 等〔45〕制備了Ti3C2/TiO2納米纖維復合材料用于光催化產氫，實驗發現復合材料產氫速率是純TiO2納米纖維的3.8 倍，證明了MXene作為助催化劑可以提高光催化反應效率。

MXene 材料可以作為助催化劑與其他半導體耦合來提高光催化反應的效率，原因主要包括：1）MXene 材料良好的導電性可以滿足載流子的高速移動；2）MXene 材料表面具有大量的親水官能團，使其具有親水性質，可以有效地增加對水分子的吸附性能，從而提高光催化反應的效率；3）表面大量的親水基官能團可以與許多半導體催化劑結合，并產生較強的相互作用，保證了復合光催化劑的穩定性；4）MXene 材料表面可以暴露出大量可能成為光催化反應的活性位點，可以大大促進光催化反應的進行，MXene/金屬氧化物光催化機理如圖4 所示〔46〕。

圖4 MXene/金屬氧化物光催化機理Fig. 4 Photocatalytic mechanism of MXene/metal oxide

4 MXene 基光催化水處理應用

隨著全球工業的迅速發展，大量難降解有機污染物廢水需要處理，傳統水處理方法無法達到理想的處理效果，光催化技術作為一種成本低、反應徹底且無二次污染的新技術，科學家開始致力于將其用于處理水中難降解有機污染物。MXene 作為助催化劑，提高了光催化反應效率，為持久性有機污染物處理提供了可行的方案，筆者總結了MXene 基光催化去除有機污染物的應用，如表2 所示。

表2 MXene 基光催化降解有機污染物Table 2 Photocatalytic removal of organic pollutants by MXene-based nanomaterials

4.1 光催化降解藥品和個人護理品（PPCPs）

近年來，工廠排出的污廢水中檢測出大量的PPCPs，其中藥品包括抗生素、止痛藥、催眠藥及減肥藥等，個人護理品包括人們使用的個人護膚品和化妝品等〔52〕。各種抗生素等具有基因毒性的藥物，若處理不當，會對人體造成致畸、致癌和致突變等危害，嚴重威脅著人類健康，PPCPs 在廢水中的濃度日趨升高，并通過生物富集，最終對生態系統及人類健康產生危害〔53-55〕。因此，污廢水中藥物的降解成為水處理領域的重點難題。Tao CAI 等〔56〕通過靜電自組裝技術合成了Ti3C2/Ag3PO4光催化劑，催化劑在可見光下對甲基橙、鹽酸四環素、甲砜霉素、2，4-二硝基苯酚以及氯霉素等有機物的降解效果顯著，其中Ti3C2/Ag3PO4光催化劑十分穩定且催化效率高，在降解2，4-二硝基苯酚時降解速率是Ag3PO4/RGO 作催化劑時的2.5 倍，是Ag3PO4作催化劑時的10 倍。Xue ZOU 等〔47〕采用水熱法制備了Ti3C2/MoS2復合材料降解水中雷尼替丁，結果顯示在可見光照射60 min的條件下，Ti3C2/MoS2對雷尼替丁的降解率和礦化率分別高達88.4%和73.58%。Yu FANG等〔48〕合成Ti3C2/Ag2WO4用于光催化降解磺胺嘧啶，300 W Xe 燈作為光源，污染物質量濃度為20 mg/L，光照時間40 min 后磺胺嘧啶降解率達到88.6%，Ti3C2的存在提高了Ag2WO4的催化活性和耐腐蝕性。

4.2 光催化降解染料

印染廢水具有水質變化大、污染物組成復雜、COD 高、色度高和難降解等特點〔57〕。Shanshan LUO等〔58〕使用溶劑熱合法制備MXene/Co3O4納米復合材料，Co3O4顆粒均勻分布在Ti3C2的表面和層間，保證Ti3C2復合結構有序，復合材料具有出色的穩定性，連續使用8 個循環后光催化降解亞甲基藍和羅丹明活性沒有顯著下降，表明其在印染廢水處理方面應用潛力巨大。M. A. IQBAL 等〔46〕使用雙溶劑熱技術合成的光催化劑Ti3C2/BiFeO3對剛果紅具有良好的催化降解效果，在可見光的照射下，42 min 內降解去除率高達99%，純BiFeO3對剛果紅的降解率只有35%。S. VIGNESHWARAN 等〔49〕采用兩步水熱法合成了新型光催化劑MXene/NiCo2S4，該光催化劑具有富含硫化物的層狀氫氧化物插層，催化降解羅丹明B的活性高，可見光照射20 min，羅丹明B降解率可達到100%。Yupeng GAO 等〔50〕通過水熱法制備的TiO2/Ti3C2Tx對甲基橙具有較高的催化降解活性，可見光照射30 min，甲基橙降解率達98%。Chao PENG 等〔51〕在NaBF4輔助下合成了Ti3C2/TiO2，紫外光照射12 h，甲基橙降解率可達到97.4%，并且光催化劑可以保持良好的穩定性。

4.3 光催化穩定性

MXene/金屬氧化物復合材料的可再生性能和重復利用穩定性能是評價其光催化能力的重要指標之一，也是判斷MXene/金屬氧化物復合材料是否適于大規模工業化應用的重要參數。對MXene/金屬氧化物復合材料的清洗是恢復催化性能的重要手段，而MXene/金屬氧化物催化劑的清洗研究較少。孫璇等〔59〕為考察MXene-MOD-PET 吸附亞甲基藍溶液的重復利用性，將MXene 負載量為7.41 mg/g 的MXene-MOD-PET 浸入水與乙醇體積比為1∶1 的溶液中進行充分洗滌，至MXene-MOD-PET 表面和洗液中未見藍色為止視為重復利用1 次，結果表明隨著循環次數的增加，亞甲基藍去除率有所下降，當循環5 次時MXene-MOD-PET 在90 min 時對亞甲基藍仍具有60%以上的去除率，說明MXene-MOD-PET 具備良好的可重復利用性。

MXene/金屬氧化物復合材料表現出優良的重復利用穩定性。Chao PENG 等〔51〕在NaBF4的輔助下水熱氧化合成了（001）面TiO2納米片與層狀Ti3C2Tx組成的光催化劑，其對甲基橙具有很好的光催化降解效果，在4 次運行后，（001）TiO2/Ti3C2Tx對甲基橙的降解率從97.4%下降到92.5%，僅下降了4.9%，表明（001）TiO2/Ti3C2Tx具有很好的重復利用性能。Shanshan LUO 等〔58〕利用制備的Ti3C2/Co3O4復合材料光催化降解亞甲基藍，經過8次重復利用，亞甲基藍降解率為92.37%，重復利用試驗結果表明Ti3C2/Co3O4復合材料具有優良的穩定性和可重復利用性能。由于Ag3PO4光腐蝕性能嚴重制約了其在光催化領域的應用，為了評價MXene 對Ag3PO4材料抗光腐蝕性能的改善，Tao CAI 等〔56〕利用光催化降解鹽酸四環素重復實驗評價制備的Ag3PO4和Ti3C2/Ag3PO4復合材料的抗光腐蝕性能和穩定性，結果表明8 次循環試驗之后Ag3PO4對鹽酸四環素的降解率不足10%（下降92.2%），而Ti3C2/Ag3PO4復合材料對鹽酸四環素的降解率依然大于70%，說明MXene能顯著提高Ag3PO4材料的抗光腐蝕性能，Ag3PO4和Ti3C2/Ag3PO4復合材料重復利用前后的XRD 結果證明了Ti3C2/Ag3PO4復合材料的結構穩定性決定了其具有優良的抗光腐蝕性能和重復利用穩定性。

5 總結與展望

MXene 由于具有良好的電子遷移能力和環境穩定性、層結構豐富、比表面積大等特點，用其改性金屬氧化物光催化劑具有潛在優勢。MXene 制備方法主要包括HF 刻蝕法、氟化物刻蝕法、堿刻蝕法、鹽酸水熱刻蝕法、路易斯酸刻蝕法、電化學刻蝕法、化學氣沉降法以及高溫分解法等。MXene/金屬氧化物光催化劑在水處理中的應用包括光催化降解PPCPs 和染料。

但MXene 材料在光催化中的應用研究仍有以下4 個問題值得關注：1）目前MXene 制備過程中使用的化學刻蝕液普遍存在毒性大等問題，對環境及人體構成一定威脅，因此亟需研究更加環保安全友好的制備方法；2）運用分子動力學密度泛函理論研究MXene 基光催化機理，通過理論計算進一步探討MXene基光催化劑的分子水平機制；3）關注污染物降解路徑和降解過程中的毒性變化，使用時間分辨光譜研究污染物的降解路徑，突破高毒性難降解有機污染物降解；4）在光催化領域，MXene/金屬氧化物復合材料在可見光和近紅外光下的光催化活性有限，而可見光和近紅外光占太陽光的90%以上，因此開發可見光和近紅外光響應的MXene/金屬氧化物光催化劑對于實現光催化的大規模實際應用具有重要的推動作用。