湖南大学曾光明Applied catalysis B：Environmental 综述：半导体/氮化硼复合材料-合成，性能及其光催化应用

【引言】

进入21世纪以来，能源的短缺与环境的污染已经成为当前时代的两大挑战。半导体光催化技术是一种十分有潜力的技术，它可以用来解决能源与环境问题，最近一些新兴材料例如石墨烯、由于他们较大的比表面积，丰富的表面形态以及多样的形状。在众多载体中，六方氮化硼以其独特的二维结构引起了研究者们的兴趣。六方氮化硼（h-BN）称为白色石墨烯或者“不含碳的石墨烯”，它是由等量的硼原子和氮原子组成的，是一种合成材料。BN具有高导热率，宽带隙和一个较高的比表面积。这些性质使得氮化硼具有广泛的应用，特别是在吸附，能源储存以及催化领域。随着半导体制备技术的发展，BN基半导体复合材料也随之蓬勃发展。

【成果简介】

近期，湖南大学的曾光明教授、黄丹莲教授（通讯作者）、周成赟博士（第一作者）等人在Applied catalysis B：Environmental上，发表了题为”Semiconductor/boron nitride composites: Synthesis, properties, and photocatalysis applications”的综述。 文章整合了BN和半导体/BN复合材料的制备方法以及与半导体复合材料在催化方面的应用的最新进展。阐述了氮化硼在复合半导体中的作用，展望了BN基半导体复合材料的发展方向以及面临的挑战。

【导读】

氮化硼的合成方法主要有三种，第一种是机械剥离法；第二种是模板法，其中模板法又分为软模板法与硬模板法，软模板法一般是利用长链状聚合物如P123，P127等化合物。硬模板法一般是利用多孔碳，CTAB造孔与前驱体混合，再除去模板，制得的氮化硼比表面积较大，可以达到2100 m² g^-1；第三种是无模板法，主要的原料是尿素，三聚氰胺，硼酸等含有硼原子和氮原子的前驱体化合物。近年来，一系列半导体/BN复合材料被开发出来，作者将几种常见的方法进行了总结。第一种是原位生长法，第二种是球磨混合法，第三种是水热合成，第四种是热聚合，其他还有微波合成及电纺丝法。

此外， 作者按常见半导体进行分类，分成金属氧化物（硫化物）/BN、银系列半导体/BN、铋系列光催化剂/BN、氮化碳/BN讨论了他们在催化领域的应用。经过与BN复合后，半导体的光催化性能均有提升，可以在紫外光或者可见光下高效降解罗丹明B、甲基橙、以及双酚A等有毒有害的污染物。此外，复合后的半导体在水分解方面的性能也有较大的提升。

BN可以接受来自大多数半导体的CB的光生电子，这将有效地抑制光生电荷的重组并增强它们的光催化降解活性。h-BN还可以用作半导体的空穴转移促进剂，当半导体和BN接触时，由于BN带负电，来自半导体的空穴可能转移到表面。此外，多孔BN具有高表面积和良好的热稳定性。它可以用作半导体的载体材料以提高光催化活性。例如对于多孔BN/TiO₂复合材料，高比表面积有助于其对污染物的高吸附能力。提高光催化剂的吸附能力是重要的，因为光诱导的反应物质大多位于其表面上。多孔BN的大表面积为电荷输送提供了良好的空间条件，从而确保了连续的电荷转移。

尽管半导体/BN复合材料前景光明，但仍有一些问题需要解决：例如BN和BN基纳米材料的制备方法。与石墨烯制备相比，BN和半导体/BN复合材料的制备方法仍然相当困难。这种情况主要通是由于氮化硼的高化学惰性造成的。目前这些改性方法的产率和效率尚不令人满意。此外，许多实验证明了BN在增强光催化活性方面的关键作用。然而，光催化活性增强的内在机理还没有得到解决。仍需要利用理论计算模拟半导体/氮化硼复合材料分子水平上的电子性质和光生成的电荷载体，从而对实验结果进行深入探索。

文献链接：Semiconductor/boron nitride composites: Synthesis, properties, and photocatalysis applications （Applied Catalysis B: Environmental 238 (2018) 6–18）

本文由袁继理供稿，材料牛整理编辑。

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