华南理工大学彭峰、彭新文等报道了合成限域的Ti₃C₂/Ru共催化剂，该合成方法通过直接对Ru³⁺还原，该过程中无需加入还原剂，原位形成的TiO₂纳米片修饰在Ti₃C₂/Ru表面，同时保持了半导体TiO₂和Ti₃C₂/Ru共催化剂之间很好的分离，由于该催化剂有较低的Fermi能级，自组装的Ti₃C₂/Ru共催化剂能够接收光生电子、改善生成H₂的过程，该催化剂展现了较高的稳定性。作者通过DFT计算、原位DRIFT红外光谱方法测试界面功函变化情况，发现结构相互分离的Ti₃C₂/Ru光催化剂有效改善了电荷转移效率、提高光催化H₂生成效率。该工作为半导体共催化剂用于太阳能转化催化剂的发展提供设计指导经验。

本文要点：

（1）

催化剂合成。通过Ti₃AlC₂剥离得到Ti₃C₂，随后在N₂环境中超声处理，加入RuCl₃后在N₂气氛中80 ℃中真空干燥处理12 h，得到Ti₃C₂/Ru。

在Ti₃C₂/Ru和NaBF₄分散在1 M HCl溶液中，超声处理20 min，搅拌10 min，随后在180 ℃中水热处理10~36 h，随后在真空中70 ℃中干燥处理12 h得到TiO₂-Ti₃C₂/Ru。

（2）

该反应中在Ti₃C₂界面上还原Ru³⁺为Ru⁰的过程中无需加入还原剂，导致Ru和Ti₃C₂之间产生较高的相互作用，光化学分析结果验证了相互分离的TiO₂-Ti₃C₂/Ru催化剂比结合的Ru-TiO₂-Ti₃C₂催化剂有更优异的电荷分离活性；Ru-TiO₂-Ti₃C₂催化剂中Ti₃C₂的功函数提高，导致Ti₃C₂而不是Ru作为电子接受体，在光照过程中Ti₃C₂界面上形成大量OH官能团，导致功函降低，从而能够有效进行光催化反应。相比而言，在TiO₂-Ti₃C₂/Ru催化剂中，电子、空穴很好的分离，并且在光催化反应中展现更高的活性。

本文展示了Ti₃C₂作为MXene材料很好的共催化剂作用。

参考文献

Yunpeng Liu, Yu-Hang Li, Xiaoyao Li, Qiao Zhang, Hao Yu, Xinwen Peng*, and Feng Peng*

Regulating Electron–Hole Separation to Promote Photocatalytic H2 Evolution Activity of Nanoconfined Ru/MXene/TiO₂ Catalysts, ACS Nano. 2020

DOI: 10.1021/acsnano.0c07089

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c07089