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過渡金(jin)屬(shu)碳化物、氮(dan)化物和(he)碳氮(dan)化物（通(tong)常(chang)稱為(wei)MXenes）是自2011年YuryGogotsi等發現(xian)碳化鈦（Ti3C2Tx）以(yi)來的(de)一類(lei)新型二維材(cai)料(liao)。這些材(cai)料(liao)的(de)一般公式為(wei)Mn+1XnTx（n=1、2或(huo)3），其中(zhong)(zhong)M是早期過渡金(jin)屬(shu)，X是碳和(he)/或(huo)氮(dan)，T是從(cong)合(he)成過程(cheng)中(zhong)(zhong)繼承的(de)表面基(ji)團(tuan)，通(tong)常(chang)為(wei)-OH、-O和(he)-F。

MXenes通常由三元(yuan)(yuan)碳化物(wu)或氮化物(wu)的(de)(de)MAX相選擇性(xing)地刻蝕A原子層(ceng)制得，其中(zhong)A主要是IIIA族和(he)IVA族元(yuan)(yuan)素(su)。迄(qi)今為止報道的(de)(de)MAX相有(you)70多種(zhong)(zhong)(zhong)，目前20多種(zhong)(zhong)(zhong)基于Ti、V、Nb、Mo、Ta和(he)Zr等(deng)的(de)(de)MXenes被成功(gong)合成。這(zhe)種(zhong)(zhong)(zhong)化學和(he)結(jie)構上的(de)(de)多功(gong)能性(xing)使得MXenes在高導電(dian)(dian)性(xing)、大表面積等(deng)方面具有(you)與石墨烯等(deng)其它二維(wei)納(na)米(mi)材料的(de)(de)競爭(zheng)優勢，在多種(zhong)(zhong)(zhong)應用(yong)領(ling)域(yu)(yu)特別是在電(dian)(dian)池、超級電(dian)(dian)容器和(he)催化等(deng)能量轉換和(he)儲能領(ling)域(yu)(yu)有(you)著廣闊的(de)(de)應用(yong)前景(jing)。

最近，MXenes被(bei)證明具有獨特(te)的(de)光熱(re)(re)轉(zhuan)(zhuan)換(huan)特(te)性。光熱(re)(re)轉(zhuan)(zhuan)換(huan)是一(yi)種原始而直接的(de)獲取和(he)利(li)用太陽能(neng)(neng)的(de)手(shou)段(duan)，其(qi)中入(ru)射光能(neng)(neng)被(bei)光熱(re)(re)材料吸(xi)收后轉(zhuan)(zhuan)化(hua)為熱(re)(re)能(neng)(neng)以(yi)供進一(yi)步利(li)用。引入(ru)的(de)熱(re)(re)量可以(yi)提(ti)高體(ti)系(xi)溫度，這通常會增加(jia)化(hua)學(xue)反(fan)應的(de)熵，加(jia)速(su)電子轉(zhuan)(zhuan)移的(de)熱(re)(re)力學(xue)和(he)動力學(xue)，從而提(ti)高宏(hong)觀反(fan)應速(su)率。

此外，太陽能(neng)是(shi)地球上取之不(bu)盡、用(yong)之不(bu)竭(jie)、低成本、清潔的(de)能(neng)源(yuan)，開發太陽能(neng)利(li)用(yong)可以緩解傳(chuan)統化石燃料(liao)過度使用(yong)帶(dai)來的(de)能(neng)源(yuan)危機威脅，有(you)利(li)于(yu)形成綠色可持(chi)續的(de)能(neng)源(yuan)體系(xi)。光(guang)熱轉換特性使得MXenes將太陽光(guang)譜響(xiang)應擴展到近(jin)紅外（NIR）區域(yu)，能(neng)夠有(you)效吸收和利(li)用(yong)太陽光(guang)，從而激發了(le)其在溫(wen)度起主(zhu)導作用(yong)的(de)領(ling)域(yu)中的(de)應用(yong)。

例如，MXenes可用于光(guang)熱治療，在光(guang)照下腫瘤部位的(de)(de)(de)溫度升高，能夠精確地消除(chu)癌細(xi)胞而(er)(er)不會影響周圍健康組織(zhi)。已有大(da)量的(de)(de)(de)研(yan)究報(bao)道MXenes的(de)(de)(de)光(guang)熱轉換效應，然而(er)(er)對于它(ta)們如何用作光(guang)熱應用的(de)(de)(de)光(guang)吸收劑，人們的(de)(de)(de)理(li)解(jie)是有限的(de)(de)(de)。

最近，Adv.Funct.Mater.在線刊登(deng)了華(hua)南師范大(da)學環境學院李(li)(li)來勝教授和(he)王靜副研究員等(deng)撰(zhuan)寫的題(ti)為“Insights into the Photo thermal Conversion of 2D MXene Nanomaterials:Synthesis,Mechanism,and Applications”的綜(zong)述(shu)文章，胥丁心(xin)和(he)李(li)(li)志(zhi)東為共(gong)同第一作者。

在(zai)這篇綜(zong)述中(zhong)，作(zuo)者綜(zong)述了(le)(le)(le)近年(nian)來MXenes光(guang)熱轉換的研究(jiu)進(jin)展(zhan)，對其(qi)(qi)光(guang)熱轉化(hua)機(ji)理(li)和應用作(zuo)了(le)(le)(le)較全面(mian)的總(zong)結。首(shou)先，作(zuo)者簡(jian)要總(zong)結了(le)(le)(le)MXenes及其(qi)(qi)納米復合(he)材(cai)料的合(he)成策略，隨后(hou)(hou)對其(qi)(qi)光(guang)熱轉化(hua)機(ji)理(li)進(jin)行了(le)(le)(le)討論，最后(hou)(hou)對光(guang)熱應用的最新進(jin)展(zhan)進(jin)行了(le)(le)(le)總(zong)結。

圖一、2D MXenes光熱轉(zhuan)換(huan)原理圖

1、MXenes及其納米復合材料的合成

MXenes是通(tong)過從對應的MAX相(xiang)選擇性(xing)蝕(shi)刻(ke)A原子獲得的二維層(ceng)狀材料(liao)。由于M-A鍵具有較高的化學活性(xing)，因(yin)此比(bi)M-X鍵更(geng)容(rong)易斷(duan)裂(lie)，從而(er)使刻(ke)蝕(shi)過程成為(wei)可能。蝕(shi)刻(ke)的MXenes呈(cheng)現(xian)松(song)散堆積的手(shou)風琴狀結構，主要(yao)通(tong)過氫鍵或(huo)范德華力連接，通(tong)常稱為(wei)多層(ceng)MXene（m-MXene）。

經(jing)剝離后，m-MXene層間(jian)相(xiang)互作用被削弱(ruo)，形成具有(you)單層或(huo)幾層類似(si)于石墨烯結構的(de)(de)二維超薄納米片(pian)，稱為分(fen)層MXene（d-MXene）。此(ci)外，MXene也可以(yi)通過表面改性或(huo)與其(qi)他材料(liao)雜化(hua)(hua)來進一步(bu)實(shi)現功能化(hua)(hua)，以(yi)獲(huo)得物(wu)化(hua)(hua)性質更優(you)異的(de)(de)納米復合材料(liao)。

1.1、刻蝕和分層

圖(tu)二(er)：（a）MAX相剝離(li)(li)制(zhi)備(bei)二(er)維MXene的(de)示(shi)意(yi)圖(tu)；（b）m-Ti3AlC2-MXene的(de)SEM圖(tu)；（c）d-Ti3AlC2-MXene的(de)TEM圖(tu)；（d）Pt/e-TAC催化劑(ji)的(de)結(jie)構示(shi)意(yi)圖(tu)；（e）DMSO剝離(li)(li)后(hou)Ti2NTx-MXene的(de)低倍(bei)和(he)高倍(bei)TEM圖(tu)像；（g-i）從(cong)Ti3AlC2制(zhi)備(bei)Ti3C2Tx的(de)兩(liang)種方法及其(qi)自(zi)的(de)SEM圖(tu)像。

1.2、表面修飾

圖三：（a）M3X2Tx結構的(de)側視圖和(he)頂(ding)視圖示意圖，顯示各種M原(yuan)子及其表面(mian)官能團；（c）Ti3C2Tx-MXenes退火后的(de)表面(mian)改性；（d）Ti3C2Tx-MXenes退火前后的(de)O1s光譜；（e）Ti3C2納米復(fu)合材料制(zhi)備示意圖；（f）刻(ke)蝕(shi)過程中添(tian)加或不添(tian)加Al3+的(de)Ti3C2納米片的(de)紫外-可見吸收光譜。

1.3、納米復合材料的雜化

圖(tu)(tu)(tu)四：（a）左：Bi2WO6和Ti3C2的(de)能級結(jie)構圖(tu)(tu)(tu)，右(you)圖(tu)(tu)(tu)：雜化材(cai)(cai)料(liao)界面(mian)的(de)光(guang)誘導電(dian)子轉(zhuan)移(yi)過程；（b）二維(wei)(wei)/二維(wei)(wei)Ti3C2/Bi2WO6納米片的(de)TEM圖(tu)(tu)(tu)；（c）多孔rGO/Ti3C2Tx薄膜制(zhi)備工藝(yi)示意圖(tu)(tu)(tu)；（d）rGO/Ti3C2Tx薄膜橫截(jie)(jie)面(mian)SEM圖(tu)(tu)(tu)；（e）Ti3C2Tx/多壁碳(tan)納米管紙的(de)截(jie)(jie)面(mian)掃描電(dian)鏡圖(tu)(tu)(tu)像；（f）PEG/Ti3C2Tx復(fu)合材(cai)(cai)料(liao)的(de)合成路線(xian)圖(tu)(tu)(tu)；（g，h）PEG（85%）/Ti3C2Tx復(fu)合材(cai)(cai)料(liao)的(de)TEM縱(zong)斷面(mian)圖(tu)(tu)(tu)像。

2.光電轉化機制

由于光熱材料對(dui)電磁輻射(she)（太陽光）的(de)響應不(bu)同，因(yin)而光熱轉換機制也有所不(bu)同，，主要與它們固有的(de)電子或帶隙結構有關(guan)，一(yi)般可分為：i）局(ju)域(yu)表面等離子體共振（LSPR）效(xiao)應，ii）電子空穴(xue)的(de)產生(sheng)和弛豫(yu)，iii）共軛或超共軛效(xiao)應。

光熱MXenes的研究尚處于(yu)起(qi)步階(jie)段，其機理(li)尚不完全清楚。一些(xie)開創(chuang)性研究表明(ming)，MXenes的光熱轉(zhuan)(zhuan)換(huan)機理(li)主要(yao)歸因(yin)于(yu)其優異的電磁干擾屏(ping)蔽(bi)效應和(he)LSPR效應，能夠有效吸收(shou)太陽能并將其轉(zhuan)(zhuan)換(huan)為(wei)熱能存儲并利用。

圖五：（a）電磁干擾屏蔽效(xiao)應機理圖(tu)；（b）PEG/Ti3C2Tx復合材料(liao)光熱(re)能(neng)量(liang)轉換(huan)與(yu)存儲機理示意圖(tu)；（c）不(bu)同濃度（30、15、8、4和(he)2ppm）的(de)(de)(de)Ti3C2納(na)米片在水中的(de)(de)(de)吸(xi)收光譜；（d）純水和(he)不(bu)同濃度（72、36、18和(he)9ppm）Ti3C2納(na)米片分(fen)散水懸浮液的(de)(de)(de)光熱(re)升溫曲(qu)線；（e）Ti3C2納(na)米片分(fen)散懸浮液（36μg/mL，100μL）的(de)(de)(de)循環加(jia)熱(re)曲(qu)線。

3、MXenes的光熱應用

3.1、太陽能海水淡化

圖六：（a）光(guang)熱(re)材料的(de)(de)(de)界面太陽(yang)(yang)能-蒸汽轉(zhuan)換；（b）MXene/纖(xian)維(wei)素膜(mo)(mo)照(zhao)(zhao)片(pian)（直(zhi)徑15厘(li)米，厚度(du)(du)(du)(du)0.2毫米）。插(cha)入圖是一朵該膜(mo)(mo)折疊成(cheng)的(de)(de)(de)花，顯示(shi)出良好(hao)的(de)(de)(de)柔韌性；（c）一個太陽(yang)(yang)強(qiang)度(du)(du)(du)(du)光(guang)照(zhao)(zhao)下(xia)的(de)(de)(de)水(shui)(shui)、rGO/纖(xian)維(wei)素和(he)MXene/纖(xian)維(wei)素膜(mo)(mo)的(de)(de)(de)紅外熱(re)像(xiang)圖；（d）1-4個太陽(yang)(yang)強(qiang)度(du)(du)(du)(du)條件(jian)下(xia)產生蒸汽的(de)(de)(de)照(zhao)(zhao)片(pian)；（e）水(shui)(shui)、rGO/纖(xian)維(wei)素和(he)MXene/纖(xian)維(wei)素膜(mo)(mo)在(zai)1個太陽(yang)(yang)強(qiang)度(du)(du)(du)(du)光(guang)照(zhao)(zhao)下(xia)的(de)(de)(de)水(shui)(shui)分蒸發率(lv)和(he)太陽(yang)(yang)蒸汽效率(lv)；（f）嵌入EPA泡沫作為隔(ge)熱(re)層(ceng)的(de)(de)(de)3DMAs示(shi)意(yi)圖；（g）水(shui)(shui)和(he)3DMA表面在(zai)0、5、10和(he)30min太陽(yang)(yang)光(guang)照(zhao)(zhao)下(xia)的(de)(de)(de)紅外圖像(xiang)；（h）借助3DMA-EPA泡沫，水(shui)(shui)在(zai)1和(he)5太陽(yang)(yang)強(qiang)度(du)(du)(du)(du)光(guang)照(zhao)(zhao)射下(xia)的(de)(de)(de)質量(liang)變(bian)化(hua)。

圖七：（a）疏水(shui)(shui)性Ti3C2薄膜(mo)太陽(yang)(yang)(yang)能海(hai)水(shui)(shui)淡化(hua)裝置示(shi)意圖；（b）親水(shui)(shui)和(he)(he)疏水(shui)(shui)Ti3C2膜(mo)在24小時太陽(yang)(yang)(yang)能海(hai)水(shui)(shui)淡化(hua)前后的(de)光學照(zhao)片(pian)；（c）利(li)用親水(shui)(shui)和(he)(he)疏水(shui)(shui)膜(mo)的(de)太陽(yang)(yang)(yang)能脫(tuo)鹽工藝示(shi)意圖；（d）海(hai)水(shui)(shui)淡化(hua)前后四種離(li)子的(de)鹽度(du)；（e）有(you)機(ji)物和(he)(he)重金屬離(li)子抑(yi)制(zhi)性能；（f）JanusVA-MXA耐(nai)鹽氣(qi)凝膠示(shi)意圖；（g）不同(tong)VA-MXA太陽(yang)(yang)(yang)吸收體下水(shui)(shui)體含鹽量(liang)隨輻照(zhao)時間的(de)變化(hua)；（h，i）輻照(zhao)12h后，（h）JanusVA-MXA和(he)(he)（i）VA-MXA的(de)掃描電(dian)鏡圖像，其各自的(de)照(zhao)片(pian)顯示(shi)在插圖中。

3.2、可穿戴設備

圖八：（a）AgNP@MXene-PU復(fu)合(he)涂(tu)層(ceng)(ceng)中(zhong)(zhong)AgNP@MXene雜化物(wu)在光(guang)(guang)照(zhao)下的光(guang)(guang)熱效應示(shi)意圖；（b）純(chun)PU和(he)0.16wt%AgNP@MXene-PU復(fu)合(he)涂(tu)層(ceng)(ceng)（厚度約100μm）愈(yu)合(he)過程(cheng)的光(guang)(guang)學顯微照(zhao)片和(he)三維(wei)形(xing)貌圖；（c）0.16wt%AgNP@MXene-PU復(fu)合(he)涂(tu)層(ceng)(ceng)在愈(yu)合(he)過程(cheng)中(zhong)(zhong)的應力(li)應變曲線；（d）志愿(yuan)者手上(shang)附著的≈100μm厚0.08wt%AgNP@MXene-PU復(fu)合(he)涂(tu)層(ceng)(ceng)的照(zhao)片，以及太陽光(guang)(guang)照(zhao)射1分鐘(zhong)前后手部(bu)的紅外(wai)熱成像圖。

3.3、太陽能光熱電極

圖九：（a，b）在1個太陽強度(du)(du)光(guang)照(zhao)下(xia)(xia)，CF/MXene電極(ji)的(de)（a）圖片和(he)(he)紅(hong)外圖像(xiang)以及(ji)（b）CF和(he)(he)溫(wen)度(du)(du)-深度(du)(du)分布曲(qu)(qu)線(xian)；（c）帶(dai)有三(san)個電極(ji)、光(guang)照(zhao)窗(chuang)口和(he)(he)水(shui)(shui)浴冷(leng)卻系統的(de)裝(zhuang)置示意圖；（d）太陽光(guang)加(jia)熱的(de)CF/MXene生物電極(ji)的(de)示意圖；（e）CF、CF/MXene和(he)(he)水(shui)(shui)的(de)光(guang)熱溫(wen)度(du)(du)演(yan)化；（f）生物電極(ji)在不同的(de)低溫(wen)環境（水(shui)(shui)體溫(wen)度(du)(du)為10、15和(he)(he)20°C）和(he)(he)2、1.5和(he)(he)1個太陽強度(du)(du)照(zhao)射下(xia)(xia)的(de)電流生成曲(qu)(qu)線(xian)。

3.4、生物醫學應用

圖十：（a）二維可生(sheng)物(wu)降解PVP改性的Nb2C在NIR-I和NIR-II生(sheng)物(wu)窗口中的去除體內光(guang)熱腫(zhong)瘤(liu)示意(yi)圖；（b）4T1腫(zhong)瘤(liu)小鼠(shu)不同方案(an)治療后16天的腫(zhong)瘤(liu)區域(yu)照片；（c）活體PA成像(xiang)示意(yi)圖；（d）不同時間間隔（0、0.5、1、2、4、12、24和48小時）腫(zhong)瘤(liu)部位的光(guang)聲成像(xiang)（PA）圖；（e）在pH值分別為7.4、6.0和4.5時DOX@Ti3C2納米片中DOX的釋放曲線(xian)；（f）負載DOX的Ti3C2@mMSNs-RGD的pH和光(guang)熱觸發(fa)的藥(yao)物(wu)釋放示意(yi)圖。

3.5、智能水凝膠

圖十一：（a）Ti2C3Tx-MXene/PNIPAM復合水(shui)凝(ning)膠(jiao)(jiao)的(de)(de)制備及遠程光控(kong)制；（b）冷凍干燥的(de)(de)MXene/PNIPAM水(shui)凝(ning)膠(jiao)(jiao)的(de)(de)SEM圖，照(zhao)片如插(cha)圖所(suo)示；（c）純(chun)PNIPAM水(shui)凝(ning)膠(jiao)(jiao)和不同Ti2C3Tx負載量的(de)(de)MXene/PNIPAM水(shui)凝(ning)膠(jiao)(jiao)的(de)(de)溶脹率與溫(wen)度的(de)(de)關(guan)系；（d）MXene/PNIPAM水(shui)凝(ning)膠(jiao)(jiao)（1mg/mLTi2C3Tx）的(de)(de)溫(wen)度變化(hua)及多次熱(re)-冷循(xun)環；（e）制備的(de)(de)1,2）MXene/PNIPAM和3,4）純(chun)PNIPAM水(shui)凝(ning)膠(jiao)(jiao)在有/無激光照(zhao)射（808nm）下的(de)(de)液體微閥門。

3.6、光致驅動器

圖(tu)十二：（a）PDMS@m/d-F涂(tu)層近(jin)紅外(wai)熱(re)成(cheng)像圖(tu)；（b~d）（b）線性、（c）旋(xuan)(xuan)轉(zhuan)和（d）涂(tu)有PDMS@m/d-F濾紙的順時針旋(xuan)(xuan)轉(zhuan)光驅動運動，及其各(ge)自軌跡。