这是发表于Fuel的综述论文，系统梳理了 MXenes 材料在电催化 CO₂还原反应（CO₂RR）中抑制竞争反应析氢反应（HER）的设计策略、作用机制与研究进展。

一、研究背景与意义

1. 核心问题：CO₂过量排放引发环境问题，电催化 CO₂RR 可将 CO₂转化为高价值产物（CO、CH₄、HCOOH、C₂H₄等），但HER 是主要竞争反应，会抢占活性位点、降低 CO₂RR 选择性与效率。
2. MXenes 优势：作为二维过渡金属碳 / 氮化物（通式 Mₙ₊₁XₙTₓ），具备高比表面积、高导电性、丰富活性位点、结构可调、亲水性好、稳定性强等优点，是理想的 CO₂RR 电催化剂。
3. MXenes 瓶颈：纳米片易层间堆叠、易氧化，导致活性位点暴露不足，需改性优化。

二、MXenes 的结构分类

1. 单过渡金属 MXenes：Ti₃C₂Tₓ、Mo₂CTₓ等，是最经典类型。
2. 双过渡金属 MXenes

• 面内有序（i-MXenes）：金属原子交替排布；
• 面外有序（o-MXenes）：金属原子分层排布；
  3. 其他结构：固溶体型、高熵 MXenes、缺陷型 MXenes。

三、MXenes 基催化剂优化策略

1. 掺杂工程

• 非金属掺杂：N、B、C 掺杂最常用，可调控电子结构、优化 H * 与 CO₂中间体吸附能，提升 CO₂RR 选择性。
• 金属掺杂 / 单原子负载：Fe、Co、Ni、Cu、Ru 等单原子修饰，构建专属活性位点，优先吸附 CO₂、抑制 HER；如单原子 Cu-MXenes 可高选择性将 CO₂还原为 CH₃OH。

2. 缺陷工程

• 制造空位、晶界、边缘位点等缺陷，增加活性位点、降低 CO₂活化能垒、调控中间体吸附强度。
• 表征手段：TEM、Raman（I_D/I_G 比值）、DFT 计算。

3. 复合结构

• 与过渡金属 / 氧化物（ZnO、Co₃O₄、FePC）、石墨烯、MOF 等复合，缓解层间堆叠、强化电子传输、协同提升催化性能。
• 典型案例：ZnO-MXenes、FePC/MXenes 可实现 CO 法拉第效率（FE）>90%，显著抑制 H₂生成。

四、CO₂RR 与 HER 的竞争机制

1. 反应路径

• HER：Volmer-Heyrovsky/Tafel 步骤，关键为 H吸附（ΔG_H）；
• CO₂RR：多步质子 - 电子转移，关键为 CO₂活化、*COOH/*OCHO 中间体形成。
  2. 选择性判定
• 热力学：ΔG_OCHO越负、ΔG_H越正，越利于 CO₂RR；
• 材料规律：VI B 族（Mo₂C、W₂C）MXenes 更利于 CO₂RR，IV B 族更易发生 HER；
• 关键指标：法拉第效率（FE）、极限电位（U_L）、电流密度。

五、关键结论

1. 改性 MXenes 可精准调控中间体吸附，实现高选择性 CO₂RR、高效抑制 HER；
2. 掺杂、缺陷、复合三大策略可协同作用，解决 MXenes 堆叠与活性不足问题；
3. 理论计算（DFT）与实验结合，是筛选与设计高效 MXenes 基 CO₂RR 催化剂的核心手段。

六、挑战与展望

1. 挑战：MXenes 规模化制备、长期稳定性、高价值多碳产物（C₂⁺）选择性调控、实际电解体系适配性；
2. 展望：结合计算模拟与原位表征，开发更高效、稳定、高选择性的 MXenes 基电催化剂，推动 CO₂电催化还原工业化应用。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.fuel.2026.138398