湖南大學曾光明Applied catalysis B：Environmental 綜述：半導體/氮化硼復合材料-合成，性能及其光催化應用

【引言】

進入21世紀以來，能源的短缺與環境的污染已經成為當前時代的兩大挑戰。半導體光催化技術是一種十分有潛力的技術，它可以用來解決能源與環境問題，最近一些新興材料例如石墨烯、由于他們較大的比表面積，豐富的表面形態以及多樣的形狀。在眾多載體中，六方氮化硼以其獨特的二維結構引起了研究者們的興趣。六方氮化硼（h-BN）稱為白色石墨烯或者“不含碳的石墨烯”，它是由等量的硼原子和氮原子組成的，是一種合成材料。BN具有高導熱率，寬帶隙和一個較高的比表面積。這些性質使得氮化硼具有廣泛的應用，特別是在吸附，能源儲存以及催化領域。隨著半導體制備技術的發展，BN基半導體復合材料也隨之蓬勃發展。

【成果簡介】

近期，湖南大學的曾光明教授、黃丹蓮教授（通訊作者）、周成赟博士（第一作者）等人在Applied catalysis B：Environmental上，發表了題為”Semiconductor/boron nitride composites: Synthesis, properties, and?photocatalysis applications”的綜述。 文章整合了BN和半導體/BN復合材料的制備方法以及與半導體復合材料在催化方面的應用的最新進展。闡述了氮化硼在復合半導體中的作用，展望了BN基半導體復合材料的發展方向以及面臨的挑戰。

【導讀】

氮化硼的合成方法主要有三種，第一種是機械剝離法；第二種是模板法，其中模板法又分為軟模板法與硬模板法，軟模板法一般是利用長鏈狀聚合物如P123，P127等化合物。硬模板法一般是利用多孔碳，CTAB造孔與前驅體混合，再除去模板，制得的氮化硼比表面積較大，可以達到2100 m²?g^-1；第三種是無模板法，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驅體化合物。近年來，一系列半導體/BN復合材料被開發出來，作者將幾種常見的方法進行了總結。第一種是原位生長法，第二種是球磨混合法，第三種是水熱合成，第四種是熱聚合，其他還有微波合成及電紡絲法。

此外， 作者按常見半導體進行分類，分成金屬氧化物（硫化物）/BN、銀系列半導體/BN、鉍系列光催化劑/BN、氮化碳/BN討論了他們在催化領域的應用。經過與BN復合后，半導體的光催化性能均有提升，可以在紫外光或者可見光下高效降解羅丹明B、甲基橙、以及雙酚A等有毒有害的污染物。此外，復合后的半導體在水分解方面的性能也有較大的提升。

BN可以接受來自大多數半導體的CB的光生電子，這將有效地抑制光生電荷的重組并增強它們的光催化降解活性。h-BN還可以用作半導體的空穴轉移促進劑，當半導體和BN接觸時，由于BN帶負電，來自半導體的空穴可能轉移到表面。此外，多孔BN具有高表面積和良好的熱穩定性。它可以用作半導體的載體材料以提高光催化活性。例如對于多孔BN/TiO₂復合材料，高比表面積有助于其對污染物的高吸附能力。提高光催化劑的吸附能力是重要的，因為光誘導的反應物質大多位于其表面上。多孔BN的大表面積為電荷輸送提供了良好的空間條件，從而確保了連續的電荷轉移。

盡管半導體/BN復合材料前景光明，但仍有一些問題需要解決：例如BN和BN基納米材料的制備方法。與石墨烯制備相比，BN和半導體/BN復合材料的制備方法仍然相當困難。這種情況主要通是由于氮化硼的高化學惰性造成的。目前這些改性方法的產率和效率尚不令人滿意。此外，許多實驗證明了BN在增強光催化活性方面的關鍵作用。然而，光催化活性增強的內在機理還沒有得到解決。仍需要利用理論計算模擬半導體/氮化硼復合材料分子水平上的電子性質和光生成的電荷載體，從而對實驗結果進行深入探索。

文獻鏈接：Semiconductor/boron nitride composites: Synthesis, properties, and?photocatalysis applications （Applied Catalysis B: Environmental 238 (2018) 6–18）

本文由袁繼理供稿，材料牛整理編輯。

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