采用原位溶剂热反应制备多级Ag/Bi/Nv-g-C₃N₄(氮空位-g-C₃N₄)/Ti₃C₂T_x肖特基结，并对其物相组成和晶体结构、微观形貌和孔结构、表面元素组成和化学态、光学和光电化学性质进行了表征。由于Ag、Bi和Ti₃C₂T_x协同的表面等离激元共振效应，Ag/Bi/Nv-g-C₃N₄/Ti₃C₂T_x表现出全光谱吸收特性。由载流子浓度差驱动的界面极化电荷转移诱导形成的肖特基结，显著提高了光生载流子(包括热电子和热空穴)的分离效率和利用率。因此，与Nv-g-C₃N₄、Ti₃C₂T_x、Ag/Nv-g-C₃N₄、Bi/Nv-g-C₃N₄和Ag/Bi/Nv-g-C₃N₄相比，Ag/Bi/Nv-g-C₃N₄/Ti₃C₂T_x表现出显著增强的全光谱催化活性，其在可见光和近红外光照射下光催化降解四环素的反应速率常数分别为0.033和0.008 6 min^-1，为对比样品的10~2.1倍和8.6~1.8倍。

人工光合成是一种先进的技术，主要利用太阳能作为唯一驱动能源，将水和氧气转化成双氧水（H₂O₂）。然而，目前常用的光催化系统的性能受制于其光吸收能力有限，载流子分离效率低以及表面反应能力弱等问题。在本文研究中，通过采用原位水热法，成功地在少层Ti₃C₂纳米片表面生长厚度为5–10 nm的立方相In₄SnS₈纳米片（E_g = 2.16 eV），形成了一种具有三明治结构的Ti₃C₂/In₄SnS₈纳米复合材料。深入的表征结果显示此2D/2D异质结构具有紧密的界面相互作用并且形成肖特基异质结，有助于载流子快速从In₄SnS₈转移至Ti₃C₂表面。其中，7 wt% Ti₃C₂/In₄SnS₈复合材料表现出最佳的可见光催化性能，H₂O₂生成速率为1.998 μmol·L^-1·min^-1，Cr（VI）的还原速率为19.8×10^-3 min^-1。通过捕获实验、气氛实验和电子顺磁共振分析，证明了H₂O₂生成的途径包括两种：一种是两步单电子还原路径，另一种是一步两电子水氧化路径。本研究为设计高效、多功能的催化体系提供了一种新的思路。

金属1T相二硫化物(1T-MoS₂)具有优异的全光谱吸收能力和电导率，与Ti₃C₂T_x MXene结合将有潜力用于光热转换应用。然而，在MoS₂/Ti₃C₂T_x异质结中提高1T-MoS₂的比例，以及深入理解其形成和性能调控机制还面临挑战。本研究通过理论预测与实验研究相结合的方法，揭示了具有金属特性的Ti₃C₂T_x和1T-MoS₂可以通过强烈的层间相互作用和高效的电子传输显著提高光热转化性能。通过一步水热法制备了层状MoS₂/Ti₃C₂T_x异质结，成功增加了1T-MoS₂的比例，并实现了在Ti₃C₂T_x纳米片上原位生长MoS₂形成多层皱褶的异质结结构。值得注意的是，在功率为0.5 W·cm⁻²的808 nm激光照射下，MoS₂/Ti₃C₂T_x异质结可以达到107 ℃的饱和温度，证明了其具备优异的光热转换能力。此外，将异质结与聚偏二氟乙烯(PVDF)膜结合，构建了一种高效的自浮式水蒸发装置。在模拟一个太阳光照射条件下，能够获得1.79 kg·m⁻²·h⁻¹的蒸发速率和96.4%的蒸发效率。本研究不仅为开发具有高效光热转换性能的MoS₂/Ti₃C₂T_x异质结提供了新策略，而且为可持续太阳能驱动光热水蒸发技术的应用开辟了广阔的前景。

高效、经济和环保是电化学水分解制氢电催化剂的关键要素。二维(2D) MXene材料因其独特的物理化学性质而受到广泛关注。虽然有许多不同种类的MXene材料，但只有少数具有本征析氢反应(HER)催化活性。然而，MXene材料具有很多优点，如较大的比表面积、高电导率和丰富的表面官能团，因此可以作为与其他物质复合的理想平台。本研究首先通过密度泛函理论(DFT)预测了CoP与Ti₃C₂T_x MXene (其中T_x =―F和―OH官能团)具有低的氢吸附自由能(ΔG_H*)。接着，我们合成了CoP-Ti₃C₂T_x MXene纳米复合材料，并在0.5 mol∙L⁻¹ H₂SO₄中测试了其电催化HER性能。该材料在电流密度为10 mA∙cm⁻²时表现出了低的过电位(135 mV)和Tafel斜率为48 mV∙dec⁻¹。理论计算表明，CoP-Ti₃C₂T_x MXene纳米复合材料的优异电催化性能源于Ti₃C₂T_x的高类金属导电性、良好的界面电荷转移、快速的氢吸附/解吸过程以及优化的电子结构。

通过高温固相反应法制备了Ba_0.85Ca_0.15Ti_0.90Zr_0.10O₃∶xSm³⁺(BCTZ∶xSm³⁺，x=0.0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%，物质的量分数)陶瓷，系统研究了其微观形貌、铁电性能、储能性能和光致发光性能。研究表明，Sm³⁺掺入后，陶瓷平均晶粒大小明显下降，致密度显著提高。所有陶瓷均表现出典型的铁电性。BCTZ∶xSm³⁺陶瓷放电储能密度得到了极大的提高，BCTZ∶1.0% Sm³⁺陶瓷放电储能密度较纯BCTZ陶瓷可提高约49.0%。此外，在408 nm光的激发下，BCTZ∶xSm³⁺陶瓷在596 nm左右表现出强烈的橙红色发光，且发光强度相对可调性可达449%。

在能源短缺和环保优先的背景下，光催化制氢是将太阳能转化为化学能的重要途径之一。有效提高光生载流子的分离效率对于设计具有优异析氢活性的光催化剂至关重要。本研究采用一步原位水热法构建了由Cd_0.5Zn_0.5S纳米棒和Ti₃C₂ MXene纳米片组成的二元异质结光催化剂。当Ti₃C₂ MXene的含量为0.5 wt% (质量分数)时，光催化产氢的最大速率为15.56 mmol∙g⁻¹∙h⁻¹，是纯Cd_0.5Zn_0.5S的2.56倍。经过5次催化循环后，光催化活性没有显著下降。该材料在350 nm紫外光下展现出最高的AQE为18.4%。此外，基于X射线光电子能谱(XPS)、原位光照XPS、飞秒瞬态吸收光谱、密度泛函理论(DFT)计算和光催化活性实验，我们提出了MXene/Cd_0.5Zn_0.5S复合材料的电荷转移和光催化制氢机理。我们的研究表明，引入不含贵金属的MXene材料可以有效地帮助光生电子的转移。这项工作展示了MXene材料在构建高效低成本的制氢光催化剂方面的潜力。