自2011年二维过渡金属碳/氮化合物（MXene）被首次报道出来,MXene瞬间激起了科研人员的研究热情。究其原因,是MXene与石墨烯具有非常相似,却又有截然不同的性质:超高电导率、超强机械性能、优异的生物相容性、突出的储能、光学、生物成像和生物催化等特性,丰富的表面官能团及可调控的层结构。MXene作为新型二维材料,已经被证明是一类具有竞争力的高性能生物材料。本论文以Ti3C2Tx MXene材料为主要研究对象,首先探究Ti3AlC2 MAX的烧结工艺和Ti3C2Tx MXene的刻蚀工艺,确定制备多层、单层Ti3C2Tx MXene的最佳工艺条件。基于Ti3C2Tx MXene的可控制备对其形貌进行控制以制备不同粒径纳米片以满足不同应用需求。通过密度泛函理论计算和晶胞模型选择可掺杂的金属元素与非金属元素,最终选择金属元素Mn、Co和非金属元素N、S进行掺杂,成功制备元素掺杂MXene并对其理化性能进行探究。以Ti3C2Tx MXene材料的光学和生物学性能为研究对象,探究其在生物光热涂层和有机质谱成像中的应用基础。并探究了新型MXene材料的制备工艺与光学性能。论文的主要研究结果如下:（1）研究了制备前驱体Ti3AlC2 MAX相陶瓷的工艺条件,并确定了批量制备的最佳方法。探究了 Ti3C2Tx MXene刻蚀的最佳工艺条件,确定多层MXene材料的制备优选HF刻蚀法,1 h即可完成。单层MXene材料的制备优选HF/HCl刻蚀法,可保证大片层结构,可获得较高的单层率。不含F封端的MXene材料制备优选熔盐法,保证MXene材料的全Cl封端。通过冷冻剥离法和机械剥离法制备微米级大尺寸MXene纳米片,通过机械超声法制备200-500 nm的MXene材料,水热法制备50-200 nm的MXene材料,溶剂热法制备5 nm Ti3C2Tx MXene量子点。（2）基于密度泛函理论计算和晶胞模型计算构建MXene元素掺杂模型,通过比较吸附能的值来确定原子掺杂的难易程度,结果表明元素Mn可实现M位点的掺杂且掺杂后是以单原子分散在MXene基底上,元素Co可实现A位点的掺杂,非金属元素N、S可实现X位点的掺杂。制备了 Ti3C2Tx Mxene,并用XRD、SEM、TEM、mapping和XPS等表征证明了元素掺杂成功,对比不同掺杂位点MXene的掺杂难度,初步建立MXene元素掺杂模型。（3）利用Ti3C2Tx MXene的光热转换特性,在808 nm近红外光辐射5 min之内,Ti3C2Tx MXene材料温度从环境温度（-4.3℃）升高到51℃,具有良好的光热效果。利用生物学特性探究设计了一种人工晶体后表面涂布MXene材料,60 s内控制组装载IOL的兔眼温度很快上升至51.6℃,同时对比对照组在第15天和30天的裂隙灯图像中显示不存在纤维LEC的化生。（4）基于元素掺杂模型设计一种Ag@N-Ti3C2Tx MXene薄膜用于质谱成像。利用Ag@N-Ti3C2Tx MXene薄膜良好的紫外、红外吸收能力、Ag纳米颗粒掺杂、实现了对六种低质量农药的高效LDI-MS分析。Ag@N-Ti3C2Tx MXene薄膜辅助成像只需要极少的样品量,并能表现出低背景干扰、高灵敏度、良好的耐盐性和优异的农药检测重现性,因此MXene材料在质谱成像领域具有较好的应用前景。（5）以铌系以及钒系MXene材料Nb2CTx MXene、V2CTx MXene为研究对象,探究其非线性光学性能,包括可见光区的反饱和吸收、瞬态吸收、超高速动力学。对于Nb2CTx MXene,Z扫描实验表明,在低能量下,饱和吸收现象随着能量的增加而增加,而转化饱和吸收现象随着激发能量的增加而逐渐显现。在超快载流子动力学研究中,随着泵流度的增加,观察到的快速衰变组分的寿命从4.3 ps减少到3.7 ps,慢衰变组分从13.8 ps增加到11.3 ps。对于V2CTx MXene,在开孔Z扫描测量中,更多的光线通过样品,使透射率更高,可以观察到饱和吸收（SA）现象。当入射脉冲能量升高到1080 uJ时,焦点附近出现转换。最后,在入射能量是1380 uJ时反饱和吸收（RSA）发生。