第一作者：唐麒君
通讯作者：涂文广教授，王海强教授，周勇教授
通讯单位：香港中文大学（深圳）理工学院，浙江大学环境与资源学院，南京大学物理学院，安徽工程大学化学与环境工程学院
论文DOI：10.1002/adfm.202311609
近些年来，MXene因其优异的导电率、灵活可调的性质以及丰富的活性位受到了研究者们的广泛关注。其中，MXene基催化剂用于光催化还原CO2反应的研究也逐渐兴起，成为了研究热点。基于此，本文首先简要介绍了MXene的合成方法及其性质，接着介绍了光催化还原CO2的基本原理以及MXene的作用，随后详细总结了不同类型的MXene基光催化剂（包括MXene/金属氧化物、MXene/氮化物、MXene/层状双氢氧化物、MXene/钙钛矿和MXene的衍生物），最后对MXene基催化剂用于CO2光催化还原反应的挑战以及未来前景进行了总结和展望。
CO2作为全球排放量最大的温室气体，其在大气中的浓度不断升高，造成了包括温室效应在内的一系列问题。在众多的CO2减排和资源化利用技术中，光催化还原CO2因其利用清洁的太阳能、可在常温常压下发生反应，被认为是一项极具潜力的技术。但目前光催化CO2还原反应中CO2转化率低，产物选择性不佳，主要是因为现有催化剂对CO2的吸附和活化能力弱、光生载流子容易发生复合以及活性位点较易失活。负载贵金属助催化剂是一种简便且有效的提升催化活性的策略，但贵金属较为昂贵的价格限制其未来的实际应用。近些年来过渡金属碳/氮化物（MXene）因其导电性能优异、性质高度可调以及活性位点丰富，在很多领域受到了研究者们的广泛关注。不少研究者尝试将MXene引入光催化还原CO2体系中，希望借助上述MXene优异的性质进一步提升现有光催化还原CO2体系的活性和稳定性。虽然上述研究取得了一系列喜人的进展，但目前其仍处于初级阶段。因此，对现有MXene基光催化剂用于光催化还原CO2反应进行系统的梳理和总结，并对现有体系存在的问题提出针对性的解决思路必要且急迫。
1. 系统全面地总结了MXene基光催化剂用于光催化CO2反应的研究进展以及各研究成果间的内在联系；
2. 探讨了MXene基光催化剂用于光催化CO2反应存在的挑战和问题，并对未来研究给出了针对性建议。
图1. 近些年来以“光催化CO2还原”和“光催化CO2还原+MXene”为关键词的文献数
图2. 近十几年来MXene合成历史上的突破性进展
图4. MXene/金属氧化物用于CO2光催化还原的研究进展
图5. MXene/氮化物用于CO2光催化还原的研究进展
图6. MXene/层状双氢氧化物用于CO2光催化还原的研究进展
图7. MXene/钙钛矿用于CO2光催化还原的研究进展
图8. MXene衍生物用于CO2光催化还原的研究进展
总的来说，近些年来MXene基光催化剂用于光催化还原CO2反应取得了一系列进展，但因其处于研究初级阶段，仍有不少问题亟需解决：（1）如何进一步提高MXene对CO2的吸附以提高光催化活性；（2）传统碳基MXene的光生载流子分离能力需进一步提高；（3）反应过程中MXene催化剂的结构变化以及活性位的动态演变需要进一步明晰；（4）MXene基材料的抗氧化能力有待加强，特别是在反应过程中存在氧气、水和大量自由基；（5）大规模批量合成性质稳定的MXene基催化剂仍是难点。针对以上问题，本文给出了若干针对性建议，同时也衷心希望在全球研究者们的共同努力下，该领域在未来能够更加蓬勃地发展。
唐麒君，本科和博士均毕业于浙江大学（导师吴忠标教授）。2023年加入香港中文大学（深圳）邹志刚院士团队从事博士后研究。已在Adv. Funct. Mater.，ACS Sustainable Chem. Eng. 和J. Colloid Interface Sci.等期刊发表SCI论文十余篇，包括1篇ESI高被引论文。目前主要研究方向为温室气体小分子（CO2、CH4）的光（热）催化转化。
李天浩，香港中文大学（深圳）博士研究生，2020年于中山大学获得学士学位。目前研究方向为金属有机框架在光催化CO2还原中的应用。
涂文广， 2015年获南京大学物理学院博士学位。2015至2020年在新加坡南洋理工大学从事研究博士后研究工作。2020年6月起任职于香港中文大学（深圳）理工学院。主要从事于低维光电材料表界面结构的精准设计与构建，实现太阳能驱动下的小分子转换，取得了一系列重要成果，Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、ACS Catalysis、Joule等SCI论文90余篇，SCI被引超过11000次，H指数为49。2016年度获江苏省科学技术一等奖(第五完成人)，2023年入选斯坦福大学全球前2%顶尖科学家榜单（2022年度）。
王海强，浙江大学环境与资源学院教授，博导，浙江大学“求是青年学者”，浙江大学环境技术研究所副所长。多年来围绕NOx催化脱除、VOCs催化分解、CO2催化还原等典型气态污染物的环境催化反应，积极开展气态污染物治理研究工作，已主持国家重点研发计划青年项目1项、国家重点研发计划项目课题1项、国家重点研发计划项目子课题2项、国家863计划主题项目课题1项、国家自然科学基金课题4项，在Appl. Catal. B、Environ. Sci. Technol.等期刊上发表论文100余篇，总他引10000余次（Web of Science），H指数为59，获授权发明专利30余项，8项核心专利已商业化转让。获教育部自然科学奖一等奖1项、浙江省科学技术进步奖一等奖3项、中国环保产业协会环境技术进步奖一等奖1项，同时曾获中国环境科学学会第十届“青年科技奖”、“青年科技奖特别推荐奖”。
周勇，于中国科学技术大学取得博士学位。先后在日本京都大学、德国马普胶体与界面研究所（洪堡学者）、日本国立物质材料研究所 (NIMS)、日本国立产业技术综合研究所 (AIST) 和新加坡国立大学等研究机构从事科学研究工作。2009 年加入南京大学物理学院环境材料与再生能源研究中心，任教授。主要研究方向为模拟自然界光合作用，利用光催化技术实现太阳燃料合成。获国家自然科学二等奖(2014年)和江苏省科技一等奖(2020年)，2019年入选英国皇家化学会会士。
邹志刚， 2015年当选中国科学院院士，2018年当选发展中国家科学院院士。主要从事新型可再生能源与环境材料方面的研究，邹院士在光催化领域做出了卓越的贡献，被媒体称为“光催化领域的前行者”。邹志刚院士已在Nature等国际一流期刊上发表论文600多篇，H指数74，连续5年入选爱思唯尔材料科学高被引学者，是材料领域有国际影响力的学术带头人。申请中国发明专利200多项，其中83项已获授权；承担两届国家重大基础研究计划973项目、国家自然科学基金中日合作项目、科技部国际合作重大项目等多项科研项目；获国家自然科学二等奖1项、江苏省科学技术一等奖2项，作为第一完成人获第46届日内瓦国际发明展金奖及阿卜杜拉国王大学特别奖各1项。
本文仅用于学术分享，不做盈利使用，如有侵权，请联系后台小编删除
欢迎关注我们，订阅更多最新消息
“邃瞳科学云”推出专业的自然科学直播服务啦！不仅直播团队专业，直播画面出色，而且传播渠道多，宣传效果佳。
“邃瞳科学云"平台正在收集、整理各类学术会议信息，欢迎学会、期刊、会议组织方择优在邃瞳平台上进行线上直播，希望藉此帮助广大科研人员跨越时空的限制，实现自由、畅通地交流互动。欢迎老师同学们提供会议信息（会有礼品赠送），学会、期刊、会议组织方商谈合作，均请联系王女士：18612651915（微信同）。
投稿、荐稿、爆料：Editor@scisight.cn
