The ever-growing interest in MXenes has been driven by their unique electrical, thermal, mechanical, and optical properties. Due to the presence of diverse surface ligands and defect sites, MXenes exhibit desirable and highly tunable optical response in the solar spectrum. In addition, they have also been found to be effective shields for electromagnetic interference thanks to their selective electromagnetic wave absorption capability. These features collectively provide MXenes with promising potentials for photothermal conversion applications. However, the underlying scientific mechanisms, pathways, and potential impact of photothermal conversion by MXenes remain poorly categorized and understood. In this review, the electronic, optical, and plasmonic properties and potential photothermal mechanism of MXene materials are systematically summarized. Current advances in various photothermal applications as well as challenges and opportunities in relevant fields are also presented. This review provides comprehensive understandings on the fundamental properties as well as a guidance for in-depth investigation of the photothermal conversion mechanism.

1.
M. R.
Lukatskaya
,
O.
Mashtalir
,
C. E.
Ren
,
Y.
Dall'Agnese
,
P.
Rozier
,
P. L.
Taberna
,
M.
Naguib
,
P.
Simon
,
M. W.
Barsoum
, and
Y.
Gogotsi
,
Science
341
(
6153
),
1502
1505
(
2013
).
2.
F.
Shahzad
,
M.
Alhabeb
,
C. B.
Hatter
,
B.
Anasori
,
S.
Man Hong
,
C. M.
Koo
, and
Y.
Gogotsi
,
Science
353
(
6304
),
1137
1140
(
2016
).
3.
V.
Kamysbayev
,
A. S.
Filatov
,
H.
Hu
,
X.
Rui
,
F.
Lagunas
,
D.
Wang
,
R. F.
Klie
, and
D. V.
Talapin
,
Science
369
(
6506
),
979
983
(
2020
).
4.
M.
Naguib
,
M.
Kurtoglu
,
V.
Presser
,
J.
Lu
,
J.
Niu
,
M.
Heon
,
L.
Hultman
,
Y.
Gogotsi
, and
M. W.
Barsoum
,
Adv. Mater.
23
(
37
),
4248
4253
(
2011
).
5.
Z.
Li
,
Y.
Cui
,
Z.
Wu
,
C.
Milligan
,
L.
Zhou
,
G.
Mitchell
,
B.
Xu
,
E.
Shi
,
J. T.
Miller
,
F. H.
Ribeiro
, and
Y.
Wu
,
Nat. Catal.
1
(
5
),
349
355
(
2018
).
6.
J.
Zhang
,
Y.
Zhao
,
X.
Guo
,
C.
Chen
,
C.-L.
Dong
,
R.-S.
Liu
,
C.-P.
Han
,
Y.
Li
,
Y.
Gogotsi
, and
G.
Wang
,
Nat. Catal.
1
(
12
),
985
992
(
2018
).
7.
A.
Iqbal
,
F.
Shahzad
,
K.
Hantanasirisakul
,
M. K.
Kim
,
J.
Kwon
,
J.
Hong
,
H.
Kim
,
D.
Kim
,
Y.
Gogotsi
, and
C. M.
Koo
,
Science
369
(
6502
),
446
450
(
2020
).
8.
B.
Anasori
,
M. R.
Lukatskaya
, and
Y.
Gogotsi
,
Nat. Rev. Mater.
2
(
2
),
16098
16115
(
2017
).
9.
Y.
Gogotsi
and
B.
Anasori
,
ACS Nano
13
(
8
),
8491
8494
(
2019
).
10.
Y.
Gogotsi
and
Q.
Huang
,
ACS Nano
15
(
4
),
5775
5780
(
2021
).
11.
Á.
Morales-García
,
F.
Calle-Vallejo
, and
F.
Illas
,
ACS Catal.
10
(
22
),
13487
13503
(
2020
).
12.
A.
Iqbal
,
T.
Hassan
,
S. M.
Naqvi
,
Y.
Gogotsi
, and
C. M.
Koo
,
Nat. Rev. Electr. Eng.
1
(
3
),
180
198
(
2024
).
13.
H.
Lu
,
J.
Wang
,
H.
Li
,
W.
Zhou
,
Q.
Yuan
, and
S.
Liu
,
Mater. Chem. Front.
7
(
19
),
4372
4399
(
2023
).
14.
M.
Han
,
C. E.
Shuck
,
R.
Rakhmanov
,
D.
Parchment
,
B.
Anasori
,
C. M.
Koo
,
G.
Friedman
, and
Y.
Gogotsi
,
ACS Nano
14
(
4
),
5008
5016
(
2020
).
15.
Y.
Li
,
C.
Xiong
,
H.
Huang
,
X.
Peng
,
D.
Mei
,
M.
Li
,
G.
Liu
,
M.
Wu
,
T.
Zhao
, and
B.
Huang
,
Adv. Mater.
33
(
41
),
2103054
(
2021
).
16.
G.
Zuo
,
Y.
Wang
,
W. L.
Teo
,
A.
Xie
,
Y.
Guo
,
Y.
Dai
,
W.
Zhou
,
D.
Jana
,
Q.
Xian
,
W.
Dong
, and
Y.
Zhao
,
Angew. Chem., Int. Ed.
59
(
28
),
11287
11292
(
2020
).
17.
R.
Li
,
L.
Zhang
,
L.
Shi
, and
P.
Wang
,
ACS Nano
11
(
4
),
3752
3759
(
2017
).
18.
X.
Fan
,
L.
Liu
,
X.
Jin
,
W.
Wang
,
S.
Zhang
, and
B.
Tang
,
J. Mater. Chem. A
7
(
23
),
14319
14327
(
2019
).
19.
X.
Li
,
Z.
Huang
,
C. E.
Shuck
,
G.
Liang
,
Y.
Gogotsi
, and
C.
Zhi
,
Nat. Rev. Chem.
6
(
6
),
389
404
(
2022
).
20.
A.
Rosenkranz
,
M. C.
Righi
,
A. V.
Sumant
,
B.
Anasori
, and
V. N.
Mochalin
,
Adv. Mater.
35
(
5
),
2207757
(
2023
).
21.
S.
Luo
,
X.
Ren
,
H.
Lin
,
H.
Song
, and
J.
Ye
,
Chem. Sci.
12
(
16
),
5701
5719
(
2021
).
22.
M. L.
Brongersma
,
N. J.
Halas
, and
P.
Nordlander
,
Nat. Nanotechnol.
10
(
1
),
25
34
(
2015
).
23.
Z.
Xie
,
Y.
Duo
,
Z.
Lin
,
T.
Fan
,
C.
Xing
,
L.
Yu
,
R.
Wang
,
M.
Qiu
,
Y.
Zhang
,
Y.
Zhao
,
X.
Yan
, and
H.
Zhang
,
Adv. Sci.
7
(
5
),
1902236
(
2020
).
24.
P.
Christopher
,
H.
Xin
, and
S.
Linic
,
Nat. Chem.
3
(
6
),
467
472
(
2011
).
25.
S.
Linic
,
U.
Aslam
,
C.
Boerigter
, and
M.
Morabito
,
Nat. Mater.
14
(
6
),
567
576
(
2015
).
26.
U.
Aslam
,
V. G.
Rao
,
S.
Chavez
, and
S.
Linic
,
Nat. Catal.
1
(
9
),
656
665
(
2018
).
27.
Z.
Wu
,
J.
Shen
,
C.
Li
,
C.
Zhang
,
C.
Wu
,
Z.
Li
,
X.
An
, and
L.
He
,
Chemistry
5
(
1
),
492
510
(
2023
).
28.
D.
Xu
,
Z.
Li
,
L.
Li
, and
J.
Wang
,
Adv. Funct. Mater.
30
(
47
),
2000712
(
2020
).
29.
W.
Zeng
,
X.
Ye
,
Y.
Dong
,
Y.
Zhang
,
C.
Sun
,
T.
Zhang
,
X.
Guan
, and
L.
Guo
,
Coord. Chem. Rev.
508
,
215753
(
2024
).
30.
F. E. A.
Latif
,
A.
Numan
,
N. M.
Mubarak
,
M.
Khalid
,
E. C.
Abdullah
,
N. A.
Manaf
, and
R.
Walvekar
,
Coord. Chem. Rev.
471
,
214755
(
2022
).
31.
J.
Pang
,
R. G.
Mendes
,
A.
Bachmatiuk
,
L.
Zhao
,
H. Q.
Ta
,
T.
Gemming
,
H.
Liu
,
Z.
Liu
, and
M. H.
Rummeli
,
Chem. Soc. Rev.
48
(
1
),
72
133
(
2019
).
32.
M.
Dahlqvist
,
M. W.
Barsoum
, and
J.
Rosen
,
Mater. Today
72
,
1
24
(
2024
).
33.
M.
Sokol
,
V.
Natu
,
S.
Kota
, and
M. W.
Barsoum
,
Trends Chem.
1
(
2
),
210
223
(
2019
).
34.
K. R. G.
Lim
,
M.
Shekhirev
,
B. C.
Wyatt
,
B.
Anasori
,
Y.
Gogotsi
, and
Z. W.
Seh
,
Nat. Synth.
1
(
8
),
601
614
(
2022
).
35.
J.
Xuan
,
Z.
Wang
,
Y.
Chen
,
D.
Liang
,
L.
Cheng
,
X.
Yang
,
Z.
Liu
,
R.
Ma
,
T.
Sasaki
, and
F.
Geng
,
Angew. Chem., Int. Ed.
55
(
47
),
14569
14574
(
2016
).
36.
M.
Alhabeb
,
K.
Maleski
,
B.
Anasori
,
P.
Lelyukh
,
L.
Clark
,
S.
Sin
, and
Y.
Gogotsi
,
Chem. Mater.
29
(
18
),
7633
7644
(
2017
).
37.
M.
Li
,
J.
Lu
,
K.
Luo
,
Y.
Li
,
K.
Chang
,
K.
Chen
,
J.
Zhou
,
J.
Rosen
,
L.
Hultman
,
P.
Eklund
,
P. O. Å.
Persson
,
S.
Du
,
Z.
Chai
,
Z.
Huang
, and
Q.
Huang
,
J. Am. Chem. Soc.
141
(
11
),
4730
4737
(
2019
).
38.
Y. B.
Li
,
H.
Shao
,
Z. F.
Lin
,
J.
Lu
,
L. Y.
Liu
,
B.
Duployer
,
P. O. A.
Persson
,
P.
Eklund
,
L.
Hultman
,
M.
Li
,
K.
Chen
,
X. H.
Zha
,
S. Y.
Du
,
P.
Rozier
,
Z. F.
Chai
,
E.
Raymundo-Pinero
,
P. L.
Taberna
,
P.
Simon
, and
Q.
Huang
,
Nat. Mater.
19
(
8
),
894
899
(
2020
).
39.
X.
Sang
,
Y.
Xie
,
D. E.
Yilmaz
,
R.
Lotfi
,
M.
Alhabeb
,
A.
Ostadhossein
,
B.
Anasori
,
W.
Sun
,
X.
Li
,
K.
Xiao
,
P. R. C.
Kent
,
A. C. T.
van Duin
,
Y.
Gogotsi
, and
R. R.
Unocic
,
Nat. Commun.
9
(
1
),
2266
(
2018
).
40.
M.
Khazaei
,
A.
Ranjbar
,
K.
Esfarjani
,
D.
Bogdanovski
,
R.
Dronskowski
, and
S.
Yunoki
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
20
(
13
),
8579
8592
(
2018
).
41.
M.
Naguib
,
M. W.
Barsoum
, and
Y.
Gogotsi
,
Adv. Mater.
33
(
39
),
2103393
(
2021
).
42.
M.
Khazaei
,
M.
Arai
,
T.
Sasaki
,
C. Y.
Chung
,
N. S.
Venkataramanan
,
M.
Estili
,
Y.
Sakka
, and
Y.
Kawazoe
,
Adv. Funct. Mater.
23
(
17
),
2185
2192
(
2012
).
43.
P. O. Å.
Persson
and
J.
Rosen
,
Curr. Opin. Solid State Mater. Sci.
23
(
6
),
100774
(
2019
).
44.
M.
Ashton
,
K.
Mathew
,
R. G.
Hennig
, and
S. B.
Sinnott
,
J. Phys. Chem. C
120
(
6
),
3550
3556
(
2016
).
45.
A. N.
Enyashin
and
A. L.
Ivanovskii
,
Comput. Theor. Chem.
989
,
27
32
(
2012
).
46.
M.
Khazaei
,
A.
Ranjbar
,
M.
Arai
,
T.
Sasaki
, and
S.
Yunoki
,
J. Mater. Chem. C
5
(
10
),
2488
2503
(
2017
).
47.
H.
Lashgari
,
M. R.
Abolhassani
,
A.
Boochani
,
S. M.
Elahi
, and
J.
Khodadadi
,
Solid State Commun.
195
,
61
69
(
2014
).
48.
T.
Schultz
,
N. C.
Frey
,
K.
Hantanasirisakul
,
S.
Park
,
S. J.
May
,
V. B.
Shenoy
,
Y.
Gogotsi
, and
N.
Koch
,
Chem. Mater.
31
(
17
),
6590
6597
(
2019
).
49.
D.
Dayananda
,
P. L.
Reddy
,
K.
Deshmukh
,
Y. R.
Kumar
,
M. K.
Kesarla
,
T.
Kar
,
K. K.
Sadasivuni
, and
S. K. K.
Pasha
, in
MXenes and Their Composites: Synthesis, Properties and Potential Applications
(
Elsevier
,
2022
), pp.
725
758
.
50.
G.
Li
,
R.
Singh
,
J.
Guo
,
B.
Zhang
, and
S.
Kumar
,
Appl. Phys. Lett.
122
(
8
),
083701
(
2023
).
51.
S.
Elumalai
,
J. R.
Lombardi
, and
M.
Yoshimura
,
Mater. Adv.
1
(
2
),
146
152
(
2020
).
52.
H.
Lin
,
X.
Wang
,
L.
Yu
,
Y.
Chen
, and
J.
Shi
,
Nano Lett.
17
(
1
),
384
391
(
2017
).
53.
G. R.
Berdiyorov
,
AIP Adv.
6
(
5
),
055105
(
2016
).
54.
B.
Fu
,
J.
Sun
,
C.
Wang
,
C.
Shang
,
L.
Xu
,
J.
Li
, and
H.
Zhang
,
Small
17
(
11
),
e2006054
(
2021
).
55.
R. M.
Ronchi
,
J. T.
Arantes
, and
S. F.
Santos
,
Ceram. Int.
45
(
15
),
18167
18188
(
2019
).
56.
X.
Wang
,
S.
Huang
,
L.
Deng
,
H.
Luo
,
C.
Li
,
Y.
Xu
,
Y.
Yan
, and
Z.
Tang
,
Physica E
127
,
114565
(
2021
).
57.
S.
Lv
,
Y.
Du
,
F.
Wu
,
Y.
Cai
, and
T.
Zhou
,
Nanoscale Adv.
4
(
12
),
2608
2631
(
2022
).
58.
C.
Lian
,
S. Q.
Hu
,
J.
Zhang
,
C.
Cheng
,
Z.
Yuan
,
S.
Gao
, and
S.
Meng
,
Phys. Rev. Lett.
125
(
11
),
116802
(
2020
).
59.
X.
Wu
,
J.
Wang
,
Z.
Wang
,
F.
Sun
,
Y.
Liu
,
K.
Wu
,
X.
Meng
, and
J.
Qiu
,
Angew. Chem., Int. Ed.
60
(
17
),
9416
9420
(
2021
).
60.
J. K.
El-Demellawi
,
S.
Lopatin
,
J.
Yin
,
O. F.
Mohammed
, and
H. N.
Alshareef
,
ACS Nano
12
(
8
),
8485
8493
(
2018
).
61.
V.
Mauchamp
,
M.
Bugnet
,
E. P.
Bellido
,
G. A.
Botton
,
P.
Moreau
,
D.
Magne
,
M.
Naguib
,
T.
Cabioc'h
, and
M.
Barsoum
,
Phys. Rev. B
89
,
235428
(
2014
).
62.
G. V.
Hartland
,
Chem. Rev.
111
(
6
),
3858
3887
(
2011
).
63.
Q.
Zhang
,
L.
Yan
,
M.
Yang
,
G.
Wu
,
M.
Hu
,
J.
Li
,
K.
Yuan
, and
X.
Yang
,
J. Phys. Chem. C
124
(
11
),
6441
6447
(
2020
).
64.
Q.
Zhang
,
J.
Li
,
J.
Wen
,
W.
Li
,
X.
Chen
,
Y.
Zhang
,
J.
Sun
,
X.
Yan
,
M.
Hu
,
G.
Wu
,
K.
Yuan
,
H.
Guo
, and
X.
Yang
,
Nat. Commun.
13
(
1
),
7900
(
2022
).
65.
B.
Guzelturk
,
V.
Kamysbayev
,
D.
Wang
,
H.
Hu
,
R.
Li
,
S. B.
King
,
A. H.
Reid
,
M. F.
Lin
,
X.
Wang
,
D. A.
Walko
,
X.
Zhang
,
A.
Lindenberg
, and
D. V.
Talapin
,
Nano Lett.
23
(
7
),
2677
2686
(
2023
).
66.
P.
Tao
,
G.
Ni
,
C.
Song
,
W.
Shang
,
J.
Wu
,
J.
Zhu
,
G.
Chen
, and
T.
Deng
,
Nat. Energy
3
(
12
),
1031
1041
(
2018
).
67.
J.
Tabassum
,
N.
Baig
,
M.
Sohail
,
A.
Nafady
,
S. S. A.
Shah
,
A.
Ul‐Hamid
, and
P.
Tsiakaras
,
J. Colloid Interface Sci.
658
,
758
771
(
2024
).
68.
B.
Zhang
,
P. W.
Wong
,
J.
Guo
,
Y.
Zhou
,
Y.
Wang
,
J.
Sun
,
M.
Jiang
,
Z.
Wang
, and
A. K.
An
,
Nat. Commun.
13
(
1
),
3315
(
2022
).
69.
H.
Zhang
,
X.
Shen
,
E.
Kim
,
M.
Wang
,
J.-H.
Lee
,
H.
Chen
,
G.
Zhang
, and
J.-K.
Kim
,
Adv. Funct. Mater.
32
(
19
),
2111794
(
2022
).
70.
X.-P.
Li
,
X.
Li
,
H.
Li
,
Y.
Zhao
,
J.
Wu
,
S.
Yan
, and
Z.-Z.
Yu
,
Adv. Funct. Mater.
32
(
15
),
2110636
(
2022
).
71.
S.
Hao
,
H.
Han
,
Z.
Yang
,
M.
Chen
,
Y.
Jiang
,
G.
Lu
,
L.
Dong
,
H.
Wen
,
H.
Li
,
J.
Liu
,
L.
Wu
,
Z.
Wang
, and
F.
Wang
,
Nanomicro Lett.
14
(
1
),
178
(
2022
).
72.
R.
Nie
,
Y.
Sun
,
H.
Lv
,
M.
Lu
,
H.
Huangfu
,
Y.
Li
,
Y.
Zhang
,
D.
Wang
,
L.
Wang
, and
Y.
Zhou
,
Nanoscale
14
(
22
),
8112
8129
(
2022
).
73.
X.
He
,
Y.
Qian
,
C.
Wu
,
J.
Feng
,
X.
Sun
,
Q.
Zheng
,
X.
Li
, and
J.
Shen
,
Adv. Mater.
35
(
26
),
2211432
(
2023
).
74.
X.
Zhao
,
Y.
Chen
,
R.
Niu
,
Y.
Tang
,
Y.
Chen
,
H.
Su
,
Z.
Yang
,
X.
Jing
,
H.
Guan
,
R.
Gao
, and
L.
Meng
,
Adv. Mater.
36
(
8
),
2307839
(
2024
).
75.
H.
Lin
,
S.
Gao
,
C.
Dai
,
Y.
Chen
, and
J.
Shi
,
J. Am. Chem. Soc.
139
(
45
),
16235
16247
(
2017
).
76.
X.
Chang
,
Q.
Wu
,
Y.
Wu
,
X.
Xi
,
J.
Cao
,
H.
Chu
,
Q.
Liu
,
Y.
Li
,
W.
Wu
,
X.
Fang
, and
F.
Chen
,
Nano Lett.
22
(
20
),
8321
8330
(
2022
).
77.
H.
Ma
and
M.
Xue
,
J. Mater. Chem. A
9
(
33
),
17569
17591
(
2021
).
78.
X.
Fan
,
Y.
Ding
,
Y.
Liu
,
J.
Liang
, and
Y.
Chen
,
ACS Nano
13
(
7
),
8124
8134
(
2019
).
79.
M.
Chao
,
P.
Di
,
Y.
Yuan
,
Y.
Xu
,
L.
Zhang
, and
P.
Wan
,
Nano Energy
108
,
108201
(
2023
).
80.
M.
Cai
,
Z.
Wu
,
Z.
Li
,
L.
Wang
,
W.
Sun
,
A. A.
Tountas
,
C.
Li
,
S.
Wang
,
K.
Feng
,
A.-B.
Xu
,
S.
Tang
,
A.
Tavasoli
,
M.
Peng
,
W.
Liu
,
A. S.
Helmy
,
L.
He
,
G. A.
Ozin
, and
X.
Zhang
,
Nat. Energy
6
(
8
),
807
814
(
2021
).
81.
K.
Feng
,
S.
Wang
,
D.
Zhang
,
L.
Wang
,
Y.
Yu
,
K.
Feng
,
Z.
Li
,
Z.
Zhu
,
C.
Li
,
M.
Cai
,
Z.
Wu
,
N.
Kong
,
B.
Yan
,
J.
Zhong
,
X.
Zhang
,
G. A.
Ozin
, and
L.
He
,
Adv. Mater.
32
(
24
),
2000014
(
2020
).
82.
M.
Cai
,
C.
Li
,
X.
An
,
B.
Zhong
,
Y.
Zhou
,
K.
Feng
,
S.
Wang
,
C.
Zhang
,
M.
Xiao
,
Z.
Wu
,
J.
He
,
C.
Wu
,
J.
Shen
,
Z.
Zhu
,
K.
Feng
,
J.
Zhong
, and
L.
He
,
Adv. Mater.
36
(
9
),
2308859
(
2023
).
83.
W.
Zeng
,
X.
Ye
,
Y.
Dong
,
Y.
Zhang
,
C.
Sun
,
T.
Zhang
,
X.
Guan
, and
L.
Guo
,
Coord. Chem. Rev.
508
,
215753
(
2024
).
84.
Z.
Wu
,
C.
Li
,
Z.
Li
,
K.
Feng
,
M.
Cai
,
D.
Zhang
,
S.
Wang
,
M.
Chu
,
C.
Zhang
,
J.
Shen
,
Z.
Huang
,
Y.
Xiao
,
G. A.
Ozin
,
X.
Zhang
, and
L.
He
,
ACS Nano
15
(
3
),
5696
5705
(
2021
).
85.
Z.
Wu
,
J.
Shen
,
C.
Li
,
C.
Zhang
,
K.
Feng
,
Z.
Wang
,
X.
Wang
,
D. M.
Meira
,
M.
Cai
,
D.
Zhang
,
S.
Wang
,
M.
Chu
,
J.
Chen
,
Y.
Xi
,
L.
Zhang
,
T. K.
Sham
,
A.
Genest
,
G.
Rupprechter
,
X.
Zhang
, and
L.
He
,
ACS Nano.
17
(
2
),
1550
1559
(
2023
).
86.
S.
Chertopalov
and
V. N.
Mochalin
,
ACS Nano
12
(
6
),
6109
6116
(
2018
).
You do not currently have access to this content.