MXene是一类二维（2D）过渡金属碳化物和氮化物，它具有特定的通式Mn+1XnTx，其中M代表过渡金属原子，X代表碳或氮，n=1,2,或3，Tx代表包含-O，-OH，-F在内的各种金属表面终止官能团，而A代表III A或IV A族元素(如Al和Si)。经过深入研究，MXene的电化学和化学可调等离子体特性尤为引人注目，其表面过渡金属原子的氧化还原活性使得MXene在电池、超级电容器中以及电催化领域表现出色。通过调控MXene二维纳米片之间的间距，我们将其应用于气体分离、水净化和透析等关键领域。不仅如此，MXene的表面电荷特性还使其在无表面活性剂或粘合剂的水处理以及液晶形成方面发挥重要作用。特别是那些无毒、环境友好的钛基MXene，由于其由丰富的元素构成，以及出色的兼容性，受到了广泛的关注。
由于过渡金属碳化物（MXene）具有独特的性质，特别是它们在电催化系统中作为助催化剂的潜力，研究人员越来越关注它们。在此，Eisha Mazhar, Irfan Ali, Saif Ullah Awan, and Syed Rizwan提出了一种对V2CTx MXene进行表面改性的方法，以创建一种高效的双功能电催化剂，用于水分解应用。采用声化学方法将稀土元素Sm（钐）插入到V2CTx MXene中，得到了理想的结果。钐锚定在二维MXene表面作为导电介质，其广泛的界面效应通过在电极-电解质界面上暴露更多的活性位点，形成短而导电的通道，从而实现离子的快速传输。
采用1.0 M KOH电解质考察了电极材料的OER和HER电催化活性。结果表明，Sm@V2CTx纳米复合材料（简称V1）在电流密度为10 mA cm - 2、Tafel斜率为100 mV/dec的情况下，过电位为350 mV (vs RHE)，具有优异的OER性能。对于HER，该系统能够提供236 mV（相对于RHE）的过电位和快速动力学，Tafel斜率为88 mV/dec。此外，它具有超过14小时的优异稳定性。
在MXene上修饰过渡金属的单原子以增强所得到的复合材料的电催化性能是开发高效电催化剂的一种有用策略，而这种增强背后的机制正在受到密切关注。香港大学Andrey L. Rogach将Co单原子固定在几种常用的MXene底物（V2CTx、Nb2CTx和Ti3C2Tx）上，系统地研究了复合材料的电催化行为和析氧、析氢反应机理（分别为OER和HER）。Co@V2CTx复合材料在1.0 M KOH电解液中，在10 mA cm2下的OER过电位为242 mV， HER过电位为35 mV，远低于Co@Nb2CTx和Co@Ti3C2Tx，可与商用贵金属Pt/C和RuO2/C电催化剂相比较。实验和理论结果表明，Co@V2CTx双功能催化性能的增强得益于Co 3d和表面终止的O 2p轨道之间更强的杂化，从而优化了复合材料中Co单原子的电子结构。这反过来又降低了Co@V2CTx复合材料的OER和HER能量垒，加速了催化动力学。Co@V2CTx的优势进一步验证了其高整体水分解性能（1.60 V提供10 mA cm2）。他们的研究揭示了单一过渡金属原子在MXene底物上催化活性的起源，并为设计高效的双功能MXene电催化剂提供了指导。
在提升电催化性能方面，掺杂其他元素到催化剂中是一种常用的策略。这种掺杂可以包括非金属元素如N、O、S、P等，以及金属元素如Co、Ni、Fe、Mo等。从影响机制的角度来分析，掺杂主要带来以下几个方面的改变：首先，形貌上，杂原子的引入能够改变催化剂的形态，从而增加其比表面积，为反应提供更多的活性界面。其次，在电子结构层面，杂原子掺杂具有多重优势。不仅能够优化催化剂的电子结构和局部配位环境，从而暴露更多活性位点并提升电导率，而且通过调整反应物和中间体的吸附自由能，进一步优化催化反应的动力学过程。此外，掺杂元素往往能取代原有活性中心，作为新的活性中心参与催化反应，显著增强催化效果。Yin等人通过一步化学气相沉积（CVD）法制备出在泡沫镍上原位生长碳纳米管包覆的P掺杂Ni颗粒。实验结果表明，600℃下制备的具有花状结构的P-doped Ni@CNTs/NF在0.5 M H2SO4溶液中展现出了卓越的活性和稳定性。特别是在电流密度达到10 mA cm-2时，其过电位仅为135.2 mV，并且在长达20 h的测试中表现出极高的稳定性。这一研究成果充分展示了杂原子掺杂在提高电催化性能方面的巨大潜力。
二维（2D）异质结构在修饰电催化活性方面表现出优异的灵活性。具有一定异质结构的过渡金属二硫族化合物（TMDs）被用于改善活性位点的暴露，显示出优异的析氢反应（HER）催化活性，并继续引起人们的广泛研究。在这项研究中，Lei Sun 等人通过异质结工程设计了一种独特的花状WS2/WSe2异质结构。这种多尺度形态控制设计结合了WS2/WSe2异质结的成分和结构优势，形成了一种分层结构，可以调节电子结构，显著促进了更多电化学活性位点的暴露。正如预期的那样，异质结构WS2/WSe2催化剂表现出显著的HER性能，在10 mA cm−2下过电位低至121 mV， Tafel斜率小，为74.08 mV dec-1，并且具有显著的耐久性。他们首次介绍了花状WS2/WSe2异质结构作为HER电化学催化剂的例子。这项工作有望为发现其他二维异质结构作为可再生能源的有效催化剂打开新的大门
LIU Shouda等人以二维Nb2CTx MXene为载体，通过一步电化学共沉积法在其表面负载MoO3/Ni-NiO异质结构，得到具有优异电催化HER性能的MoO3/Ni-NiO/Nb2CTx催化材料。采用XRD、SEM和TEM等手段对MoO3/Ni-NiO/Nb2CTx的表面形貌和结构进行表征，发现通过一步电化学共沉积法成功地将MoO3/Ni-NiO异质结构紧密负载于Nb2CTx MXene纳米片表面。在1.0 mol/L KOH电解质中测试其HER性能，在10 mA·cm−2和100 mA·cm−2的电流密度时，MoO3/Ni-NiO/Nb2CTx表现出较低的过电压，分别为8 mV和201 mV，Tafel斜率为51 mV·dec−1；并且在电流密度分别为10 mA·cm−2和50 mA·cm−2下连续电解产氢20 h，活性几乎保持不变，具有优异的碱性HER稳定性。此外，他们还采用工况电化学阻抗谱对不同催化电极材料在过电压从0~220 mV (vs 可逆氢电极(RHE))进行HER工况表征，结果表明MoO3/Ni-NiO/Nb2CTx可有效促进水解离过程和活性氢吸附过程，从而提高HER活性。
设计高活性、稳定、双功能、无贵金属的析氢反应（HER）和析氧反应（OER）电催化剂是水裂解研究的主要挑战。Lvlv Ji等人报道了一种新型的框架状纳米结构催化剂（Ni,Co）2P纳米框架（NF），它由嵌入在掺杂碳基体中的异质结构Ni2P−Co2P纳米颗粒组成。它的合成包括沉淀、化学蚀刻和最后的磷化步骤，以获得包含多个催化活性位点并促进传质的优化电子结构。该催化剂是HER和OER的双功能催化剂，优于单一组分Ni2P和Co2P样品和（Ni,Co）2P固体纳米立方体。当（Ni,Co）2P NF催化剂同时作为阴极和阳极进行整体水分解时，需要1.54 V的极低电池电压才能实现10 mA cm−2的电流密度。密度泛函理论计算验证了Ni2P和Co2P在异质界面上的强电子相互作用，从而优化了氢吸附强度，增强了HER电催化。
