二维MXenes是一种由过渡金属和碳氮元素组成的化合物，自2011年被发现以来，被认为是有望取代石墨烯和其它二维材料的理想候选材料之一。由于其优异的电学、光学、机械和热性能被广泛关注，有望应用于光催化、光伏、生物医学、能量转换和存储等领域。尤其是其高电导性（6000−15000 S cm-1）、高透光率、可调的功函数（1.6−5.8 eV）、各向异性载流子传输、结构和化学稳定性良好等优点，近些年在光电器件领域已有诸多应用报道。

近期，实验室纳米半导体材料与器件课题组在二维MXene材料及其光电应用方面取得了系列进展。研究团队利用热溶剂法制备了表面功能化的MXene量子点，探索了其发光机理，并应用于细胞内pH值检测。接着制备出TiO2反蛋白石光子晶体/MXene量子点复合结构材料，并成功应用于光电化学生物传感，相关结果见：Sensor. Actuat. B-Chem., DOI: 10.1016/j.snb.2019.03.052；Nanoscale, DOI: 10.1039/c7nr06958h。2020年，研究团队利用超薄的二维MXenes调控钙钛矿/电子传输层界面和钙钛矿层，大大提高了钙钛矿太阳能电池的光电转换效率，迟滞效应被有效抑制；而且，器件在空气环境和连续光照下的稳定性均有显著提升，相关结果见：Adv. Funct. Mater.,DOI: 10.1002/adfm.202003295。最近，研究团队通过金纳米棒对MXene量子点/纳米片进行原位修饰，利用金纳米棒可调的表面等离子体共振性质有效促进热电子的注入和转移，从而实现了高效的全光谱光电化学水分解，相关结果见：Chem. Eng. J., DOI: 10.1016/j.cej.2021.130818。

在上述工作的基础上，研究团队系统总结了近年来基于二维MXene材料的合成、性质及光电应用等方面的重要进展，相关结果近日以“Two-dimensional Ti3C2MXene-based Nanostructures for Emerging Optoelectronic Applications”为题发表在Materials Horizons, 2021, DOI:10.1039/D1MH00986A（IF=13.266）上。论文第一作者为实验室青年教师陈旭博士，通讯作者为史志锋教授、大连民族大学董斌教授和复旦大学方晓生教授。论文的第一单位是郑州大学物理学院。

该综述全面概述了新型二维MXenes材料的发展、结构功能化及复合体系材料的合成技术和基本性质，并进一步总结了它们在太阳能电池、光电探测器和光电化学器件等方面的研究进展。此外，对二维MXene材料在光电应用中存在的瓶颈问题，也提出了可能的解决方案。本文致力于让更多的研究者对新型MXene材料及其光电应用的研究现状有一个清晰的了解，并希望为其未来的研究及发展方向提供一些思路。

该工作得到了国家自然科学基金、国家高层次人才特殊支持计划、河南省自然科学基金以及郑州大学高层次人才科研启动基金等项目的支持。

文章链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/mh/d1mh00986a