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^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（^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^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，^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。^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。