2D MXenes have attracted extensive attentions owing to their anisotropy, high conductivity and other extraordinary properties. The popular preparation method of MXenes usually involves HF in high concentrations, which has seriously restricted their pervasive applications. In this work, a new hydrothermal route with low-toxicity etching agents (NaBF4, HCl) was used to synthesize Ti3C2 MXene (h-Ti3C2). Compared with the Ti3C2 prepared by the traditional HF etching method (t-Ti3C2), the h-Ti3C2 has the higher c lattice parameter, larger interlayer distance and larger BET specific surface area, because of the slow release mechanism during the hydrothermal process. The hydrothermal etching method not only avoided the use of high-concentration HF, but also was more efficient to prepare Ti3C2 flakes. Moreover, the hydrothermal etching route can be extended to other MXene materials, e.g. Nb2C. We demonstrated that the h-MXenes have better adsorption performance of methylene blue and methyl orange dyes. The hydrothermal etching route proposed in this study enabled the environmental benign and high efficiency exfoliation of MXenes, displaying the promise to facilely prepare 2D MXenes and paving a way to their widespread applications.

It is of prime importance to harness the transfer and flow of photogenerated electrons and holes to elongate the lifetimes of charge carriers and enhance the activity of semiconductor photocatalyst, which can be achieved by hybridizing the photocatalyst with appropriate cocatalysts with right electronic properties and placement. Herein, MXenes, a young family of two-dimensional transition metal carbides, are exploited as a hole mediator to enhance the photocatalytic activity of TiO2. We grow TiO2 sheets exposing (001) surfaces on layered Ti3C2Tx, and then photodeposited Cu2O nanodots on TiO2. We experimentally prove that the Ti3C2Tx MXene from the wet HF etching method behaves as a low work function material (ϕ = 3.4 eV). Thanks to this unique electronic property, the photogenerated electrons on TiO2 hybridized with Ti3C2Tx accumulate and tunnel to Cu2O to reduce it to elemental Cu as a reduction cocatalyst. The resulting Cu/TiO2@Ti3C2Tx photocatalyst efficiently split water to produce hydrogen at 860 μmol g−1 h−1. The results presented here demonstrate the promise of MXene materials in photocatalytic solar energy utilization. The insight into the electronic property of MXene sheds light on the new approach to the rational design of high-efficiency photocatalysts composed of MXenes.

In this study, an MXene-based photocatalyst, ARTM to regenerate NADH without electron mediator is reported. The ARTM was able to achieve a regenerated NADH yield of 65% within 50 min in the absence of electron mediator, with a 1,4-NADH selectivity of 90.8%. The turnover frequency (TOF) of 1,4-NADH was as high as 0.148 h-1, which was 74 and 148 times higher than that of A-TiO2 and R-TiO2, respectively. The synergetic effect between anatase/rutile TiO2 phase junction (ART-PJ) and TiO2@Ti3C2Tx heterojunction (TM-HJ) facilitates the efficient carriers separation and NADH regeneration. Enzymatic assay and HNMR revealed that the incorporation of Ti3C2Tx promoted the highly selective generation of 1,4-NADH. DFT calculation elucidated that this could be attributed to the end-on adsorption of the nicotinamide ring of NAD+. Subsequently, an electron mediator free photoenzyme cascade catalysis system was constructed, which could effectively promote CO2 photoreduction to formate (594 μmol g-1 h-1).

In this study, leveraging the tunable surface groups of MXene, the two-dimensional (2D) Nb2CTx with OH terminal (NC) was synthesized. 2D ZnIn2S4 (ZIS) nanosheets were prepared with the aid of sodium citrate, enhancing the exposure ratio of active (1 1 0) facet. On this basis, 2D/2D ZnIn2S4/Nb2CTx heterojunctions were fabricated to improve photocatalytic hydrogen evolution reaction (HER) performance. The optimized 6 wt%Nb2CTx/ZnIn2S4-450 (6NC/ZIS-450) photocatalyt exhibits a remarkable HER rate of 3603 μmol g−1h−1, which is 10 times superior to that of the original ZnIn2S4. Its apparent quantum efficiency (AQE) at 380 nm reaches 14.9 %. Meanwhile, even after 5 rounds of HER, the activity of 2D/2D ZnIn2S4/Nb2CTx heterojunction remained at 90 %, far superior to that of pure ZnIn2S4 (34 % and 31 %). Energy band structure analysis and density functional theory (DFT) calculation indicate that Nb2CTx adsorbed with OH exhibit a low work function. By serving as a hole cocatalyst, it effectively boosts the photocatalytic HER rate of ZnIn2S4/Nb2CTx heterojunction and inhibits the photocorrosion of ZnIn2S4. This unique insight, via hole transport highways and increased exposure of active facets, effectively enhances the activity and stability of sulfides photocatalysts.

In unmanned aircraft applications, electromagnetic wave (EMW) absorbers suffer from defects in narrow absorption bands and poor mechanical properties. To solve the problems, a lightweight multilayer stealth structure with wide broadband absorption performance and excellent mechanical properties was designed and prepared by adjusting microscopically the number of multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) and modulating macroscopically the thickness-matching relationship of the structure to promote the absorption of EMW synergistically. Under the MWCNT of 30 wt% and the depletion layer with the thickness of 0.2 mm, the effective absorption bandwidth (EAB) covers the entire Ku-band while maintaining a minimum reflection loss (RL) of -15 dB. Besides, the radar cross-sectional area attenuation is as high as 23.1 dBm

Flexible and wearable devices have exhibited potential for applications in the fields of human-machine interactions (HMIs) and Internet of Things. However, challenges remain in the improvement of the communication storage capacity with a simplified architecture. Inspired by tension regulation in natural tendons, a single-channel wearable HMI strategy is proposed using the eigenfrequency of magnetized strings as a sensing solution. Based on electromagnetic induction, mechanical vibration of the magnetized string can electrically induce periodical damping signals in the coil that are associated with the intrinsic eigenfrequency property of the string. Using a theoretical vibration model, nonoverlapping eigenfrequencies are precisely customized by designing the dimension/modulus or tension status of the string to broaden the eigenfrequency library. By integrating strings with different eigenfrequencies, multiple commands can be realized with a single communication channel. Moreover, identifiable commands can be flexibly tuned with only one magnetized string by customizing the tensile length (string tension) for eigenfrequency regulation. Demonstrations such as tactile addressing, authentication systems, and robotic control indicate the potential of the interface for multifunctional HMI applications. We expect that this strategy will provide a valuable reference for the future design of wearable HMI interfaces with high storage capacity and controllability in an accessible architecture.