近日🧘‍♂️，國際權威刊物《美國科學院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，PNAS）在線發表了環境科學與工程學院林思劼教授團隊的研究論文“In situ turning defects of exfoliated Ti3C2 MXene into Fenton-like catalytic active sites”。

該研究提出了一種巧妙利用MXene本征表面缺陷和豐富過渡金屬源原位構築類芬頓納米復合催化劑的新策略。文章以剝層Ti3C2 MXene作為模板，可控製備了一系列無定形碳負載的高密度TiO1.47納米團簇（TiO1.47@C），揭示了鈦基類芬頓催化劑活化H2O2降解阿特拉津的反應機製，實例論證了二維納米材料“Safer-by-design”的實現路徑，為內分泌幹擾物和抗生素類新汙染物的高效治理提供了新策略。

研究開發了一種新型的H2O2濕法氧化工藝。以Ti3C2 MXene為模板，利用其刻蝕過程中形成的本征Ti缺陷與H2O2發生強烈的氧化還原反應，原位生成無定形碳負載的高密度TiO1.47納米團簇（TiO1.47@C）🧜🏼‍♂️。通過改變H2O2的濃度和作用時間篩選最優的製備條件（10 mol·L−1 H2O2, 30 min），同時達到最大的樣品產率（> 97%）。進一步通過DFT理論計算證明了Ti3C2 MXene表面的Ti缺陷是形成TiO1.47納米團簇的關鍵反應活性位點，該納米團簇具有豐富的表面缺陷且體系中存在Ti多價態共存現象（平均價態為+2.94）🏓。基於X射線吸收精細結構譜（EXAFS）的成鍵變化分析得出，合成過程中H2O2原位氧化所導致的Ti-C-Ti鍵的斷裂和Ti-O鍵的形成是該納米團簇原位合成的關鍵🐅。通過Ti元素的價態變化高效活化H2O2實現了多種典型新汙染物（如阿特拉津、四環素🛒、對硝基苯酚等）的高效降解。

該方法具有較好的普適性，適用於多種MXene家族材料，包括V2C、Nb2C等。該研究拓寬了MXene家族材料的環境應用潛力，在高活性催化納米團簇原位合成的同時實現了納米團簇在碳基板上的復合錨定🧎，有效降低了使用過程中因材料泄漏所帶來的潛在環境風險🫵。

林思劼教授為該論文的唯一通訊作者，環境科學與工程學院直博生姜越（現博士後）為唯一第一作者，該工作還得到香港浸會大學梁士賢教授團隊、中科院高能物理研究所王黎明副研究員團隊、恒达平台盛聞超教授團隊、中科院蘇州納米技術與納米仿生研究所金山博士以及上海同步輻射光源BL14W1線站的大力支持。該研究得到了國家自然科學基金委、國家重點研發計劃和中央高校基本科研業務費專項資金資助。

論文鏈接👰🏽：https://doi.org/10.1073/pnas.2210211120