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煤、石油、天然气等传统能源是不可再生能源，将水在太阳光下进行分解制氢是一种可再生策略，它不仅能够替代传统能源，还能够避免燃料燃烧所带来的环境污染。目前，二氧化钛(TiO2)和MXene作为光解水催化材料已受到越来越多的关注，提高这两种材料的性能成了科研的热点主题。二氧化钛由于禁带宽度的限制，不能很好发挥其催化性能，于是降低材料的禁带宽度被认为是直接改善材料全光谱催化性能的最有效、最简便的方法之一。MXene的稳定性缺陷也限制了其在光催化领域的应用。C3N4修饰改性后的纳米光催化剂具有明显缩小的禁带宽度，具备在全光谱乃至可见光下光催化水解的能力；除此之外，C3N4材料还具有高热稳定性和化学稳定性。因此本论文设计合成了C3N4修饰的二氧化钛(TiO2)和MXene，并研究了材料的光催化性能。
在利用太阳能转化过程中，TiO2作为一种典型的宽带隙半导体(3.2eV)，它具有高的光致电子和空穴对的复合率，并且它在UV光谱范围内的主要吸光度也严重阻碍了其在紫外光谱下的实际应用。掺杂非金属元素已被证明是可行的方法。在本工作中，通过简单的方法在TiO2的外层中形成了β-C3N4层。TiO2的带宽大大降低，氧化还原电位比氢气更负，并且比氧气产生更正，因此全光谱下(200-700 nm)Z-体系全解水效果更好。与纯TiO2纳米管相比，光生载流子密度增加到约2.4倍(TiO28.8×1017cm-3→TiO2/C3N42.1×1018cm-3)。此外，TiO2/C3N4纳米管在全光谱下的氢气和氧气产量增加了约13倍，其中产氧TOF(Timeofflight是指每单位时间每个催化活性中心(活性位点)的转化反应数)达到4472.8h-1，在相似体系的材料研究中，这远高于文献报导结果。
论文中也制备了具有良好片层2D结构的MXene样品，利用乙二胺热解沉积对MXene材料进行了改性，获得了具有催化性能的MXene/C3N4。我们发现在无贵重金属助催化剂和牺牲剂的情况下，材料实现了太阳光下全解水的优异性能，在样品为0.05g时，产氢速率为108.3μmol·g-1·h-1，产氧速率为64.8μmol·g-1·h-1。在光电流的测试条件下，证实了具有C3N4上层结构后的样品极大地抑制了光生电子和空穴复合，同时也说明了MXene/C3N4具有更好的载体分离能力。研究还发现样品未被光照之前即具有较高的光电流密度，说明MXene材料的应用不光在电池导电等方面具有较大的优势，在新能源电动汽车方面也具有广阔的应用前景和研发价值。
在利用太阳能转化过程中，TiO2作为一种典型的宽带隙半导体(3.2eV)，它具有高的光致电子和空穴对的复合率，并且它在UV光谱范围内的主要吸光度也严重阻碍了其在紫外光谱下的实际应用。掺杂非金属元素已被证明是可行的方法。在本工作中，通过简单的方法在TiO2的外层中形成了β-C3N4层。TiO2的带宽大大降低，氧化还原电位比氢气更负，并且比氧气产生更正，因此全光谱下(200-700 nm)Z-体系全解水效果更好。与纯TiO2纳米管相比，光生载流子密度增加到约2.4倍(TiO28.8×1017cm-3→TiO2/C3N42.1×1018cm-3)。此外，TiO2/C3N4纳米管在全光谱下的氢气和氧气产量增加了约13倍，其中产氧TOF(Timeofflight是指每单位时间每个催化活性中心(活性位点)的转化反应数)达到4472.8h-1，在相似体系的材料研究中，这远高于文献报导结果。
论文中也制备了具有良好片层2D结构的MXene样品，利用乙二胺热解沉积对MXene材料进行了改性，获得了具有催化性能的MXene/C3N4。我们发现在无贵重金属助催化剂和牺牲剂的情况下，材料实现了太阳光下全解水的优异性能，在样品为0.05g时，产氢速率为108.3μmol·g-1·h-1，产氧速率为64.8μmol·g-1·h-1。在光电流的测试条件下，证实了具有C3N4上层结构后的样品极大地抑制了光生电子和空穴复合，同时也说明了MXene/C3N4具有更好的载体分离能力。研究还发现样品未被光照之前即具有较高的光电流密度，说明MXene材料的应用不光在电池导电等方面具有较大的优势，在新能源电动汽车方面也具有广阔的应用前景和研发价值。