Новые 2D-2D материалы на основе графитоподобного нитрида углерода и MXene для фотокаталитических приложений
Аннотация
Современное общество сталкивается с комплексом взаимосвязанных энергетических и экологических проблем, включая быстрое истощение запасов ископаемого топлива, сопровождающееся ростом выбросов парниковых газов и загрязнение водных ресурсов промышленными отходами и фармацевтическими препаратами. Все это усугубляется постоянно растущим мировым потреблением энергии, что делает экономически нецелесообразным инвестирование в решение этих проблем традиционными способами. В этом контексте экологически безопасные фотокаталитические технологии, использующие энергию солнечного света, рассматриваются как перспективное решение. Особое внимание уделяется композитным фотокатализаторам с синергетическим эффектом, таким как MXene/g-C3N4. Эти системы обладают повышенной фотокаталитической активностью благодаря сочетанию уникальных свойств компонентов: превосходного поглощения видимого света графитоподобным нитридом углерода и высокой электропроводности и регулируемых свойств поверхности MXene. Ключевым преимуществом является формирование эффективного 2D-2D интерфейса с улучшенным переносом и разделением заряда для улучшения кинетики реакции и увеличения времени жизни носителей заряда. Современные исследования, как правило, направлены на оптимизацию морфологии для достижения плотного контакта между компонентами и максимальной доступности активных центров. В данном обзоре рассмотрены синтетические подходы к созданию композитных фотокатализаторов на основе g-C3N4 и MXene, а также суммированы данные по активности фотокатализаторов в таких процессах как получение водорода, восстановление углекислого газа и разрушение органических загрязнителей под действием света.
Литература
Li C., Cao Q., Wang F., Xiao Y., Li Y., Delaunay J.J., Zhu H. Chem. Soc. Rev. 2018, 47, 4981-5037, https://doi.org/10.1039/C8CS00067K
Alekseev R.F., Saraev A.A., Kurenkova A.Y., Kozlova E.A. Russ. Chem. Rev. 2024, 93, 5124, https://doi.org/10.59761/RCR5124
Kumar A., Rana S., Sharma G., Dhiman P., I. Shekh M., Stadler F.J. J. Environ. Chem. Eng. 2023, 11, 110770, https://doi.org/10.1016/j.jece.2023.110770
Ishaq T., Yousaf M., Bhatti I.A., Batool A., Asghar M.A., Mohsin M., Ahmad M. Int. J. Hydrogen Energy 2021, 46, 39036-39057, https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.09.165
Raizada P., Soni V., Kumar A., Singh P., Parwaz Khan A.A., Asiri A.M., Thakur V.K., Nguyen V.H. J. Mater. 2021, 7, 388-418, https://doi.org/10.1016/j.jmat.2020.10.009
Rana P., Soni V., Kumar R., Chawla A., Parwaz Khan A.A., Singh P., Thakur S., Raizada P., Alzahrani K.A. Fuel 2025, 386, 134286, https://doi.org/10.1016/j.fuel.2025.134286
Ren H., Labidi A., Chang T., Miao Z., Feng X., Wang C. Coord. Chem. Rev. 2026, 548, 217183, https://doi.org/10.1016/j.ccr.2025.217183
Mehrpooya M., Bayatlar F. Arch. Comput. Methods Eng. 2025, 1-53, https://doi.org/10.1007/s11831-025-10381-x
Tofil H.M., Ghazi R., Ghaib F.A., Dara R.N., Kebaili I., Boukhris I., Ding H., Rehman Z. Sustain. Energy Fuels 2025, 9, 2900-2927, https://doi.org/10.1039/D4SE01620C
Cai Y., Xiao F.X. Acta Physico-Chimica Sin. 2024, 40, 2306048, https://doi.org/10.3866/PKU.WHXB202306048
Akhoondi A., Mirzaei M., Nassar M.Y., Sabaghian Z., Hatami F., Yusuf M. Synth. Sinter. 2022, 2, 151-169, https://doi.org/10.53063/synsint.2022.24121
Khan K., Tareen A.K., Iqbal M., Hussain I., Mahmood A., Khan U., Khan M.F., Zhang H., Xie Z. J. Mater. Chem. A 2023, 11, 19764-19811, https://doi.org/10.1039/D3TA03069E
Ali M.M., Hossen M.A., Aziz A.A. J. Environ. Chem. Eng. 2025, 13, 116877, https://doi.org/10.1016/j.jece.2025.116877
Mozafari M., Soroush M. Mater. Adv. 2021, 2, 7277-7307, https://doi.org/10.1039/D1MA00625H
Fidan T., Torabfam M., Saleem Q., Wang C., Kurt H., Yüce M., Tang J., Bayazit M.K. Adv. Energy Sustain. Res. 2021, 2, 2000073, https://doi.org/10.1002/aesr.202000073
Kessler F.K., Zheng Y., Schwarz D., Merschjann C., Schnick W., Wang X., Bojdys M.J. Nat. Rev. Mater. 2017, 2, 17030, https://doi.org/10.1038/natrevmats.2017.30
Su Q., Sun J., Wang J., Yang Z., Cheng W., Zhang S. Catal. Sci. Technol. 2014, 4, 1556-1562, https://doi.org/10.1039/c3cy00921a
Zhou Z., Zhang Y., Shen Y., Liu S., Zhang Y. Chem. Soc. Rev. 2018, 47, 2298-2321, https://doi.org/10.1039/C7CS00840F
Zhang X., Jiang S.P. Mater. Today Energy 2022, 23, 100904, https://doi.org/10.1016/j.esr.2022.100904
Ong W.J., Tan L.L., Ng Y.H., Yong S.T., Chai S.P. Chem. Rev. 2016, 116, 7159-7329, https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.6b00075
Darkwah W.K., Oswald K.A. Nanoscale Res. Lett. 2019, 14, 234, https://doi.org/10.1186/s11671-019-3070-3
Ye S., Wang R., Wu M.Z., Yuan Y.P. Appl. Surf. Sci. 2015, 358, 15-27, https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2015.08.173
Ramalingam M., Ponnusamy V.K., Sangilimuthu S.N. Environ. Sci. Pollut. Res. 2020, 27, 17481-17491, https://doi.org/10.1007/s11356-019-05494-3
Lin Z., Wang X. Angew. Chemie Int. Ed. 2013, 52, 1735-1738, https://doi.org/10.1002/anie.201209017
Xu R., Li J., Sui G., Zhuang Y., Guo D., Luo Z., Liang S., Yao H., Wang C., Chen S. Appl. Surf. Sci. 2022, 578, 152064, https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2021.152064
Mathias J.P., Simanek E.E., Zerkowski J.A., Seto C.T., Whitesides G.M. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 4316-4325, https://doi.org/10.1021/ja00089a021
Jun Y.S., Lee E.Z., Wang X., Hong W.H., Stucky G.D., Thomas A. Adv. Funct. Mater. 2013, 23, 3661-3667, https://doi.org/10.1002/adfm.201203732
Chen H.Y., Ruan L.W., Jiang X., Qiu L.G. Analyst 2015, 140, 637-643, https://doi.org/10.1039/C4AN01693A
Niu P., Zhang L., Liu G., Cheng H.M. Adv. Funct. Mater. 2012, 22, 4763-4770, https://doi.org/10.1002/adfm.201200922
Dong F., Li Y., Wang Z., Ho W.K. Appl. Surf. Sci. 2015, 358, 393-403, https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2015.04.034
Song T., Zhang X., Matras-Postolek K., Yang P. Carbon N. Y. 2023, 202, 378-388, https://doi.org/10.1016/j.carbon.2022.11.008
Xing W., Li C., Chen G., Han Z., Zhou Y., Hu Y., Meng Q. Appl. Catal. B Environ. 2017, 203, 65-71, https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2016.09.075
Liu D., Chen S., Zhang Y., Li R., Peng T. Appl. Catal. B Environ. Energy 2023, 333, 122805, https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2023.122805
Naguib M., Kurtoglu M., Presser V., Lu J., Niu J., Heon M., Hultman L., Gogotsi Y., Barsoum M.W. Adv. Mater. 2011, 23, 4248-4253, https://doi.org/10.1002/adma.201102306
Cheng L., Li X., Zhang H., Xiang Q. J. Phys. Chem. Lett. 2019, 10, 3488-3494, https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.9b00736
Anasori B., Lukatskaya M.R., Gogotsi Y. Nat. Rev. Mater. 2017, 2, 16098, https://doi.org/10.1038/natrevmats.2016.98
Naguib M., Mochalin V.N., Barsoum M.W., Gogotsi Y. Adv. Mater. 2014, 26, 992-1005, https://doi.org/10.1002/adma.201304138
Han X., An L., Hu Y., Li Y., Hou C., Wang H., Zhang Q. Appl. Catal. B Environ. 2020, 265, 118539, https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2019.118539
Gonzalez-Julian J. J. Am. Ceram. Soc. 2021, 104, 659-690, https://doi.org/10.1111/jace.17544
Koh S.W., Rekhi L., Arramel N., Birowosuto M.D., Trinh Q.T., Ge J., Yu W., Wee A.T.S., Choksi T.S., Li H. ACS Appl. Mater. Interfaces 2024, 16, 66826-66836, https://doi.org/10.1021/acsami.3c11857
Tang Q., Sun Z., Deng S., Wang H., Wu Z. J. Colloid Interface Sci. 2020, 564, 406-417, https://doi.org/10.1016/j.jcis.2019.12.091
Xu F., Zhang D., Liao Y., Wang G., Shi X., Zhang H., Xiang Q. J. Am. Ceram. Soc. 2020, 103, 849-858, https://doi.org/10.1111/jace.16798
Xu H., Xiao R., Huang J., Jiang Y., Zhao C., Yang X. Chinese J. Catal. 2021, 42, 107-114, https://doi.org/10.1016/S1872-2067(20)63559-8
Wen J., Xie J., Chen X., Li X. Appl. Surf. Sci. 2017, 391, 72-123, https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2016.07.030
Hu J., Ding J., Zhong Q. J. Colloid Interface Sci. 2021, 582, 647-657, https://doi.org/10.1016/j.jcis.2020.08.047
Su T., Hood Z.D., Naguib M., Bai L., Luo S., Rouleau C.M., Ivanov I.N., Ji H., Qin Z., Wu Z. Nanoscale 2019, 11, 8138-8149, https://doi.org/10.1039/C9NR00168A
Wang X.X., Meng S., Zhang S., Zheng X., Chen S. Catal. Commun. 2020, 147, 106152, https://doi.org/10.1016/j.catcom.2020.106152
Li Y., Ding L., Guo Y., Liang Z., Cui H., Tian J. ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 41440-41447, https://doi.org/10.1021/acsami.9b14985
Kamat P. V., Jin S. ACS Energy Lett. 2018, 3, 622-623, https://doi.org/10.1021/acsenergylett.8b00196
Song Q., Hu J., Zhou Y., Ye Q., Shi X., Li D., Jiang D. J. Colloid Interface Sci. 2022, 623, 487-499, https://doi.org/10.1016/j.jcis.2022.05.064
Yang Y., Zeng Z., Zeng G., Huang D., Xiao R., Zhang C., Zhou C., Xiong W., Wang W., Cheng M., Xue W., Guo H., Tang X., He D. Appl. Catal. B Environ. 2019, 258, 117956, https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2019.117956
Kang J., Byun S., Kim S., Lee J., Jung M., Hwang H., Kim T.W., Song S.H., Lee D. ACS Appl. Energy Mater. 2020, 3, 9226-9233, https://doi.org/10.1021/acsaem.0c01590
Liu N., Lu N., Su Y., Wang P., Quan X. Sep. Purif. Technol. 2019, 211, 782-789, https://doi.org/10.1016/j.seppur.2018.10.027
Chang B., Guo Y., Liu H., Li L., Yang B. J. Mater. Chem. A 2022, 10, 3134-3145, https://doi.org/10.1039/D1TA09941H
He J., Yang J., Jiang F., Liu P., Zhu M. Chemosphere 2020, 258, 127339, https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2020.127339
Zhou Y., Zhang C., Huang D., Wang W., Zhai Y., Liang Q., Yang Y., Tian S., Luo H., Qin D. Appl. Catal. B Environ. 2022, 301, 120749, https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2021.120749
Lin S., Zhang N., Wang F., Lei J., Zhou L., Liu Y., Zhang J. ACS Sustain. Chem. Eng. 2021, 9, 481-488, https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.0c07753
Li J., Li J., Wu C., Li Z., Cai L., Tang H., Zhou Z., Wang G., Wang J., Zhao L., Wang S. Carbon N. Y. 2021, 179, 387-399, https://doi.org/10.1016/j.carbon.2021.04.046
Ran J., Gao G., Li F.T., Ma T.Y., Du A., Qiao S.Z. Nat. Commun. 2017, 8, 13907, https://doi.org/10.1038/ncomms13907
Li J., Zhang Q., Zou Y., Cao Y., Cui W., Dong F., Zhou Y. J. Colloid Interface Sci. 2020, 575, 443-451, https://doi.org/10.1016/j.jcis.2020.04.119
Li S., Wang Y., Wang J., Liang J., Li Y., Li P. J. Mol. Liq. 2022, 346, 117937, https://doi.org/10.1016/j.molliq.2021.117937
Dong H., Zhang X., Zuo Y., Song N., Xin X., Zheng B., Sun J., Chen G., Li C. Appl. Catal. A Gen. 2020, 590, 117367, https://doi.org/10.1016/j.apcata.2019.117367
Xie Y., Naguib M., Mochalin V.N., Barsoum M.W., Gogotsi Y., Yu X., Nam K.W., Yang X.Q., Kolesnikov A.I., Kent P.R.C. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 6385-6394, https://doi.org/10.1021/ja501520b
Low J., Zhang L., Tong T., Shen B., Yu J. J. Catal. 2018, 361, 255-266, https://doi.org/10.1016/j.jcat.2018.03.009
Li Y., Yang Y.L., Chen G., Fan J.J., Xiang Q.J. Rare Met. 2022, 41, 3045-3059, https://doi.org/10.1007/s12598-022-02007-z
Li H., Song Q., Wan S., Tung C.W., Liu C., Pan Y., Luo G.Q., Chen H.M., Cao S., Yu J., Zhang L.M. Small 2023, 19, 2301711, https://doi.org/10.1002/smll.202301711
Song Q., Shen B., Yu J., Cao S. ChemNanoMat 2021, 7, 910-915, https://doi.org/10.1002/cnma.202100155
Mandari K.K., Kang M. Adv. Ind. Eng. Chem. 2025, 1, 14, https://doi.org/10.1007/s44405-025-00014-z
Subha N., Nagappagari L.R., Ravi Sankar A. Nanotechnology 2024, 35, 502002, https://doi.org/10.1088/1361-6528/ad7e2f
Kamat P. V., Bisquert J. J. Phys. Chem. C 2013, 117, 14873-14875, https://doi.org/10.1021/jp406523w
Taipabu M.I., Viswanathan K., Wu W., Hattu N., Atabani A.E. Process Saf. Environ. Prot. 2022, 164, 384-407, https://doi.org/10.1016/j.psep.2022.06.006
Iulianelli A., Liguori S., Wilcox J., Basile A. Catal. Rev. 2016, 58, 1-35, https://doi.org/10.1080/01614940.2015.1099882
Kamat P. V. J. Phys. Chem. Lett. 2012, 3, 663-672, https://doi.org/10.1021/jz201629p
Yu L.P., Lu L., Zhou X.H., Xu L. Adv. Mater. Interfaces 2023, 10, 2201818, https://doi.org/10.1002/admi.202201818
Potapenko K.O., Vasilchenko D.B., Kurenkova A.Y., Saraev A.A., Mishchenko D.D., Gerasimov E.Y., Kozlova E.A. Int. J. Hydrogen Energy 2025, 99, 291-300, https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2024.12.213
Li J., Zhao L., Wang S., Li J., Wang G., Wang J. Appl. Surf. Sci. 2020, 515, 145922, https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2020.145922
Su T., Hood Z.D., Naguib M., Bai L., Luo S., Rouleau C.M., Ivanov I.N., Ji H., Qin Z., Wu Z. Nanoscale 2019, 11, 8138-8149, https://doi.org/10.1039/C9NR00168A
Sun Y., Jin D., Sun Y., Meng X., Gao Y., Dall'Agnese Y., Chen G., Wang X.F. J. Mater. Chem. A 2018, 6, 9124-9131, https://doi.org/10.1039/C8TA02706D
Xu F., Li Z., Fan D., Zhao C., Yang X. Surf. Interfaces 2024, 51, 104658, https://doi.org/10.1016/j.surfin.2024.104658
Huang K., Li C., Zhang X., Wang L., Wang W., Meng X. Green Energy Environ. 2023, 8, 233-245, https://doi.org/10.1016/j.gee.2021.03.011
Sherryna A., Tahir M., Zakaria Z.Y. Int. J. Hydrogen Energy 2024, 51, 1511-1531, https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.09.234
Lee D.E., Jyothirmai M. V., Mameda N., Jo W.K., Tonda S. Appl. Surf. Sci. 2024, 669, 160516, https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2024.160516
Wang Q., Chen F., Cai M., Chen J., Jiang Y., Cheng Q., Song Z., Bai J. qi, Wei Y., Sun S. Catal. Today 2024, 435, 114719, https://doi.org/10.1016/j.cattod.2024.114719
Zhou H., Tian J., Wang R., Zhan D., Liu P., Chen R., Huang Y., Liu Z., Han C. Ceram. Int. 2023, 49, 13042-13049, https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.12.178
Liu D., Li C., Ge J., Zhao C., Zhao Q., Zhang F., Ni T., Wu W. Appl. Surf. Sci. 2022, 579, 152180, https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2021.152180
Wong K.J., Foo J.J., Siang T.J., Khoo V., Ong W.J. Glob. Challenges 2024, 8, 2300235, https://doi.org/10.1002/gch2.202300235
Sun L., Qi Y., Jia C.J., Jin Z., Fan W. Nanoscale 2014, 6, 2649-2659, https://doi.org/10.1039/c3nr06104c
Kozlova E.A., Parmon V.N. Russ. Chem. Rev. 2017, 86, 870, https://doi.org/10.1070/RCR4739
Erwin S.C., Zu L., Haftel M.I., Efros A.L., Kennedy T.A., Norris D.J. Nature 2005, 436, 91-94, https://doi.org/10.1038/nature03832
Rasouli K., Rasouli J., Mohtaram M.S., Sabbaghi S., Kamyab H., Moradi H., Chelliapan S. J. Clean. Prod. 2023, 419, 138181, https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2023.138181
Bolisetty S., Peydayesh M., Mezzenga R. Chem. Soc. Rev. 2019, 48, 463-487, https://doi.org/10.1039/C8CS00493E
Wu Y., Liu Y., Kamyab H., Rajasimman M., Rajamohan N., Ngo G.H., Xia C. Environ. Res. 2023, 232, 116363, https://doi.org/10.1016/j.envres.2023.116363
Budnikova Y.B., Vasilyeva M.S., Lukiyanchuk I.V. ChemChemTech 2025, 68, 79-87, https://doi.org/10.6060/ivkkt.20256802.7072
Hao N.H., Lan P.T., Giang N.T.K., Chau C.H.M., Ha N.T.T. ChemChemTech 2025, 68, 25-32, https://doi.org/10.6060/ivkkt.20256804.7128
Nasri M.S.I., Samsudin M.F.R., Tahir A.A., Sufian S. Energies 2022, 15, 955, https://doi.org/10.3390/en15030955
Li C., Kan C., Meng X., Liu M., Shang Q., Yang Y., Wang Y., Cui X. Nanomaterials 2022, 12, 4015, https://doi.org/10.3390/nano12224015
Zhang H., Xu J., Yuan Y., Guo Y., Tan X., Wang H., Hu X., Tang C. Sep. Purif. Technol. 2024, 330, 125520, https://doi.org/10.1016/j.seppur.2023.125520
Jin D., Lv Y., He D., Zhang D., Liu Y., Zhang T., Cheng F., Zhang Y. nan, Sun J., Qu J. Chemosphere 2022, 308, 136461, https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2022.136461
Abbas H.A., Abbas K.K., Abdulkadhim Al-Ghaban A.M.H. Results Chem. 2025, 13, 101934, https://doi.org/10.1016/j.rechem.2024.101934
Xu R., Wei G., Xie Z., Diao S., Wen J., Tang T., Jiang L., Li M., Hu G. J. Alloys Compd. 2024, 970, 172656, https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2023.172656
Zhang J., Shao C., Lei Z., Li Y., Bai H., Zhang L., Ren G., Wang X. J. Mater. Sci. Technol. 2024, 194, 124-137, https://doi.org/10.1016/j.jmst.2024.02.005
Saafie N., Sufian S., Mufti N., Samsudin M.F.R. J. Mater. Sci. Mater. Electron. 2025, 36, 1-15, https://doi.org/10.1007/s10854-025-14395-w
Ya Z., Wang Q., Cai J., Wang P., Jiang X., Cai Z., Xiang S., Wang T., Cai D. J. Environ. Sci. 2024, 137, 258-270, https://doi.org/10.1016/j.jes.2022.10.049
Liu W., Sun M., Ding Z., Gao B., Ding W. J. Alloys Compd. 2021, 877, 160223, https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.160223
Qiao L. Le, Zhang F.J., Kai C.M., Liu C., Wang Y.R., Oh W.C. J. Korean Ceram. Soc. 2023, 60, 790-797, https://doi.org/10.1007/s43207-022-00269-y
Nasri M.S.I., Samsudin M.F.R., Tahir A.A., Sufian S. Energies 2022, 15, 955, https://doi.org/10.3390/en15030955
Zhou W., Yu B., Zhu J., Li K., Tian S. New J. Chem. 2022, 46, 14793-14804, https://doi.org/10.1039/D2NJ02658A
Huang N.Y., Chen D., Zheng Y.T., Xu Q. Chem. - A Eur. J. 2025, 31, e02207, https://doi.org/10.1002/chem.202502207
Dhiman P., Sharma J., Kumar A., Sharma G., Dawi E.A. Chem. Eng. Res. Des. 2024, 203, 263-279, https://doi.org/10.1016/j.cherd.2024.01.034
Li X., Bai Y., Shi X., Huang J., Zhang K., Wang R., Ye L. Appl. Surf. Sci. 2021, 546, 149111, https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2021.149111
Zhong R., Liang Y., Huang F., Liang S., Liu S. Chinese J. Catal. 2023, 53, 109-122, https://doi.org/10.1016/S1872-2067(23)64513-9
Hu J., Ding J., Zhong Q. J. Colloid Interface Sci. 2021, 582, 647-657, https://doi.org/10.1016/j.jcis.2020.08.047
Madi M., Tahir M., Zakaria Z.Y. J. CO2 Util. 2022, 65, 102238, https://doi.org/10.1016/j.jcou.2022.102238
Tang Q., Sun Z., Deng S., Wang H., Wu Z. J. Colloid Interface Sci. 2020, 564, 406-417, https://doi.org/10.1016/j.jcis.2019.12.091
Yang C., Tan Q., Li Q., Zhou J., Fan J., Li B., Sun J., Lv K. Appl. Catal. B Environ. Energy 2020, 268, 118738, https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2020.118738
Ye M., Wang X., Liu E., Ye J., Wang D. ChemSusChem 2018, 11, 1606-1611, https://doi.org/10.1002/cssc.201800083
