二维过渡金属碳氮化合物的生物医学应用

二维过渡金属碳化物、氮化物及碳氮化合物(MXenes)是一类新兴的二维纳米材料。由于其独特的光、电、磁、热等物理化学性能,MXenes二维材料被广泛应用到能源储备、环境监测、化学催化等领域。由于其大的比表面积、优异的近红外吸收和组分可调换等性质,近年来在生物医学方面也得到了快速的发展。简要介绍了MXenes二维纳米材料的制备方法、表面修饰、生物应用(生物检测、生物成像、药物载体和肿瘤治疗)以及生物安全性研究,并对MXenes二维纳米材料在未来生物医学领域的发展进行了展望。

Strategies to improve electrocatalytic and photocatalytic performance of two-dimensional materials for hydrogen evolution reaction

Two-dimensional materials(2D)with unique physicochemical properties have been widely studied for their use in many applications,including as hydrogen evolution catalysts to improve the efficiency of water splitting.Recently,typical 2D materials MoS2,graphene,MXenes,and black phosphorus have been widely investigated for their application in the hydrogen evolution reaction(HER).In this review,we summarize three efficient strategies—defect engineering,heterostructure formation,and heteroatom doping—for improving the HER performance of 2D catalysts.The d-band theory,density of states,and Fermi energy level are discussed to provide guidance for the design and construction of novel 2D materials.The challenges and prospects of 2D materials in the HER are also considered.

g-C3N4及其前驱体的性质及应用

无机非金属氮化碳材料由于电子结构独特、不含金属、化学性质稳定且具有一定的可见光响应等,在能源和材料领域的地位日益突出,具有越来越广阔的研究和应用前景。基于氮化碳材料的二维层状结构和性质特征及其相关应用,本文采用密度泛函理论超软赝势方法,对氮化碳前驱体(melon)、氮氢缺陷前驱体以及石墨相氮化碳(g-C3N4)晶体及其表面结构、能带以及功函数等进行了研究,分析了二维氮化碳材料的物化性质与微观结构的关系。结果表明:Melon为直接带隙半导体,随着结构中氢键的减少,不同层状结构表面的价带和导带边缘位置均会发生改变,从直接带隙变为间接带隙又变回直接带隙半导体,说明可以通过材料表面结构设计达到调控其带隙和光学性质实现不同应用的目的。另外,研究发现不同二维氮化碳材料的费米能级随表面氢键的减少而上移,导致功函数随之减小,表面反应活性增强。本研究结果对促进二维氮化碳材料的广泛应用提供了前提和理论基础,同时也为二维材料结构设计提供了新思路和应用示范。