摘要：二维mxenes材料是当前材料科学与生物医学领域的研究重点之一,其具有多种独特的材料特性:如出色的光学性能、高比表面积、优异的亲水性、易表面功能化修饰以及良好的电化学特性等。这些特性使得二维mxenes材料在诸多领域中具有广泛的应用潜力,尤其在生物医学领域中备受关注,其中在肿瘤的诊断与治疗领域中的新进展受到研究者的瞩目。近年来,mxenes研究的新进展主要集中在成像技术和治疗手段的更新,mxenes展现出一系列独特的物理化学性质,包括出色的荧光猝灭能力、卓越的X射线衰减性能以及优异的光热转换效率。这些特性使其在无创生物成像领域具有巨大的应用潜力。迄今为止,mxenes已在荧光成像、光声成像、计算机断层扫描以及磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)等多个领域取得了显著的研究成果,通过设计复合型mxenes材料,亦可实现多模态成像,可拓宽单模态诊断技术的限制,为肿瘤成像提供新的思路。mxenes是理想的联合治疗材料,其在肿瘤治疗中主要体现在靶向载药和光学治疗特性,通过靶向载药精准化投递药物实现个体化治疗策略,从而避免全身化疗的不良反应。而如何通过合理的设计与修饰,制备出兼具诊断和治疗特性的mxenes探针是目前肿瘤研究领域中的热点与难点。本文旨在综述二维mxenes材料及其衍生物在肿瘤诊疗领域的最新发展、存在的机遇和挑战。同时,本综述还对材料的合成、表面修饰以及肿瘤成像等相关研究,以及当前环境下利用mxenes所面临的挑战和局限性进行探讨,对其性质、生物效应以及在肿瘤学领域的应用价值进行深入剖析,以期为肿瘤患者带来更加有效和安全的治疗方式。

摘要：开发廉价且高性能的电催化剂对推动燃料电池的商业应用具有重要意义.二维(2D)mxenes和单原子(SAs)催化剂是催化研究中的两个前沿领域.2D mxenes材料具有独特的几何和电子结构,能够有效调节负载SAs的催化性能.而负载的SAs又会反过来影响2D mxenes材料的本征活性,使2D mxenes形成更加丰富的活性位,进而提升其催化性能.为了拓展2D负载SAs催化剂在燃料电池中的应用,本文采用密度泛函理论(DFT)计算,系统地研究了V_(2)CO_(2) mxenes负载过渡金属(TM,包括一系列3d、部分4d和5d金属)SAs催化剂的稳定结构、电子结构及其催化氧还原(ORR)和氢氧化(HOR)的催化活性,并筛选出潜在的可替代贵金属钳的ORR/HOR的双功能催化剂.稳定结构计算结果表明,3d TM SAs倾向于以锚定的形式负载于V_(2)CO_(2)表面与O原子作用,而4d,5d TM原子倾向于以掺杂的形式负载于含氧空穴的V_(2)CO_(2)表面与V原子作用;同时,Sc,Ti,V,Rh,Pd,Pt,Ag和Au SAs在V_(2)CO_(2)表面因具有较高扩散能垒,不易团聚,具有较高的热力学稳定性.电子结构计算结果表明,锚定型的TM SAs与O形成共价键,伴随发生明显的电荷转移,带较多正电荷;掺杂型的TM SAs与V形成金属键,因TM-V和V-O键间电荷转移的协同影响,导致TM SAs仅带有少量的电荷.TM-V_(2)CO_(2)电子结构与ORR/HOR中间物种的吸附关系为,TM位点为ORR中间物种(O,OH和OOH)的吸附位点,且d电子数为1、5、10的TM比其他TM对ORR物种的吸附更弱;而TM-V_(2)CO_(2)表面的O原子为HOR中间物种(H)的有效吸附位点,且H的吸附强弱与0位点的电荷有关,即O位点负电荷越多,对H的吸附越弱.TM-V_(2)CO_(2)催化剂各活性位对ORR和HOR反应物种的选择性吸附结果表明,催化剂有利于形成丰富多样的活性位,并具备作为双功能催化剂的内在优势.TM-V_(2)CO_(2)催化齐IJORR和HOR理论活性筛选发现:与Pt(111)相比,Sc-、Mn-、Rh-和Pt-V_(2)CO_(2)具有较高的ORR活性,而Sc-、Ti-、V-、Cr-和Mn-V_(2)CO_(2)表现出较高的HOR活性.其中,SC-V_(2)CO_(2)和Mn-V_(2)CO_(2)因同时具有较高的ORR和HOR活性和稳定性,有望成为高效和低成本的燃料电池双功能催化剂.本文从研究TM-V_(2)CO_(2)性质和活性出发,深入研究了SAs与2D mxenes间相互作用及其对ORR与HOR催化活性的影响机制,筛选出了高效、低成本的ORR/HOR双功能催化剂,为合理设计燃料电池双功能催化剂提供了理论指导.