传统的工业固氮方法,Haber-Bosch方法,其电力使用量和温室气体排放量的大约占全球的1%至2%,而且在生产和运输过程中排放大量污染气体。该技术目前存在还原剂NH₃昂贵、运行成本较高、NH₃泄漏造成二次污染并且对催化剂温度要求苛刻等缺点。开发常温常压条件下适用的工业固氮技术对于人类实现可持续发展至关重要。虽然光催化固氮在过去取得了一些进展,但是离实用尚有很大的差距,需要我们进一步的研究。本课题选用新型二维碳化物晶体（MXene）作为主要材料,进行光催化固氮性能研究。把MXene与禁带宽度不同的半导体进行复合产生新的半导体材料。因半导体的价带、导带和带隙能不同而产生交叠,从而提高光生电子和空穴的分离率,进而提高材料的光催化氧化NO性能。本文制备了三种MXene基异质结催化剂并用于光催化氧化NO,还探讨了各体系的光催化机理,为MXene基催化剂在光催化固氮领域的应用研究提供了参考。主要成果如下:（1）Bi₂O₃/V₂C MXene在可见光下的光催化活性研究。将花状Bi₂O₃与二维多层V₂C通过水热法复合到一起。与单一样品相比,Bi₂O₃/V₂C MXene 2的比表面积有所提高,有助于提高光催化效率,在光催化氧化NO反应中起到辅助作用。UV-vis吸收光谱和带隙能估测的分析表明,异质结的构建拓宽了光响应范围,提高了光吸收能力,相比单一组分获得了更窄的带隙,有利于提高光的利用率。PL、TPC和EIS分析揭示了Bi₂O₃/V₂C MXene具有很强的载流子迁移率,进一步印证该体系在可见光条件下的光催化氧化NO反应中是光催化氧化性能占主导。（2）MIL-100（Fe）/Ti₃C₂ MXene肖特基异质结光催化氧化NO的性能研究。正八面体的MIL-100（Fe）具有高达1965.0 m²g^-1的比表面积。MIL-100（Fe）的加入使M/T-x催化剂具有大的比表面积和高的吸附性能。吸附量的增加有助于提高NO的光氧化效率。MIL-100（Fe）/Ti₃C₂ MXene中的Ti³⁺也可以作为NO的吸附位和光生电子捕获位。对比分析光催化反应前后复合催化剂的XPS,发现进行光催化反应后的MIL-100（Fe）/Ti₃C₂MXene的C=O和-COO官能团相对含量都有所提高,这些官能团对光催化氧化NO有促进作用。由UV-vis吸收光谱可知,复合催化剂的光捕获能力增强且带隙变窄。光捕获能力和光热效应是M/T-x催化剂协同效应的重要原因,这些增强的能力归因于Ti₃C₂MXene组分的黑体效应。肖特基异质结为光化学反应过程中的快速电荷转移提供了有效的通道。MIL-100（Fe）和Ti₃C₂ MXene的不同费米能级引起的电荷迁移产生耗尽层,它可以作为能量屏障起到阻止电子回流到MIL-100（Fe）的作用,载流子重组率也因此降低。吸附性能与光催化性能的协同作用使MIL-100（Fe）/Ti₃C₂ MXene表现出突出的光催化氧化NO性能。（3）Ti₃C₂ MXene QDs/SiC光催化氧化NO性能及机理研究。Ti₃C₂ MXene QDs/SiC N-n异质结首次应用于光催化固氮领域,并在室温、没有添加辅助剂的情况下取得了较高的光催化氧化NO效率74.6%。由XPS和FTIR知,Ti₃C₂ QDs/SiC异质结中存在终端Ti原子,它可赋予Ti₃C₂ MXene QDs比其他量子点更强的氧化还原能力。通过瞬时光电流测试得到的阳极光电流和Mott-Schottky图知Ti₃C₂ MXene QDs、SiC和Ti₃C₂ MXene QDs/SiC都是n型半导体,它们的E_FB都等于E_F。通过价带XPS得到VB最大值与E_F的距离,根据公式计算出VB和CB。分析能带结构,Ti₃C₂ MXene QDs/SiC-20的CB能级比E（O₂/·O₂^–）更负,故能产生·O₂^–,价带电势高于E（NO/NO₃^-）,所以价带h⁺可以直接将NO氧化成NO₃^-。