[发明专利]一种BCN纳米片的制备方法、由其制备得到的BCN纳米片及其用途

说明书

本发明涉及一种BCN纳米片的制备方法、由其制备得到的BCN纳米片及其用途；本发明所述的制备方法通过在制备原料中加入水溶性金属化合物，降低了热处理前驱体所需的温度，使得制备BCN纳米片的热处理温度降至750℃‑1050℃，所得BCN纳米片的带隙能量为1.9eV‑3.6eV，能作为可见光下分解水和还原二氧化碳的光催化剂。

技术领域

本发明涉及纳米材料制备领域，尤其涉及一种BCN纳米片的制备方法、由其制备得到的BCN纳米片及其用途。

背景技术

随着人类社会的科技进步、经济的高速发展，全球性的能源短缺与环境危机也在日益加剧；而光催化作为一种极具应用前景的可持续发展技术，为解决这一问题提供了重要方法而备受科研人员的关注。

半导体光催化作为一种前景广阔的太阳能转化技术，在燃料生产、化学合成和环境整治等领域得到了广泛的研究。然而，传统光催化剂仍然面临着量子效率低以及稳定性差的问题。例如，二氧化钛等光催化剂就面临着因载流子复合导致量子产率低、带隙过大而只对紫外光有响应等问题，使得其实际应用受到了限制。为了克服这一限制并产生对可见光响应的光催化剂，科研人员发展了一系列表面调控策略，如通过掺杂及表面改性实现纳米氧化物的修饰，但改性材料在可见光下的光催化活性仍然无法满足商业应用的需求。

因此，许多用于光催化和太阳能转化的替代材料也被相继开发。例如，氮化碳聚合物就被发现是一种有效的光催化剂，其在可见光的照射下可以从水中产生氢气。特别是BCN材料，由于其带隙易调谐等独特的性能，近年来更是得到了许多研究人员的关注。

在通过热退火或金属有机化合物化学气相沉淀(MOCVD)制备BCN纳米片的过程中，最主要的影响因素就是防止h-BN和碳的相分离，而这需要很高的热力学温度。M.R.Uddin等通过MOCVD方法合成BCN纳米片的过程中，在h-BN基底上的(BN)_1-x(C₂)_x纳米片(0.032x0.95)由于键能的差异，最可能的相分离温度为1300℃(参见文献：“Carbon-richhexagonal(BN)C alloys”,Uddin,M.R.,et al.,Journal of Applied Physics,2015.117(21):p.215703)；Caijin Huang等人在高温(1250℃)退火条件下制备了具有光催化活性的C掺杂的BN纳米片(参见文献：“Carbon-doped BN nanosheets for metal-freephotoredox catalysis”,Huang,C.,et al.,Nature Communications,2015.6(7698):p.doi:10.1038/ncomms8698.)。

杨大鹏等公开了一种高温和高压条件下，化学合成法制备片状h-BCN的方法；具体包括以下步骤：(1)将分析纯的三聚氰胺在氮气气氛保护下500℃预处理2h，温度降至常温后，收集黄棕色粉末；(2)将B粉与步骤(1)所述粉末按照质量比为1:2的比例混合；(3)将上述粉末置于1400℃-1500℃、5.0GPa-5.5GPa的条件下处理；(4)利用沸水处理步骤(3)产物；(5)将步骤(4)产物在硫酸和硝酸的混合溶液中处理，除去BN和C，从而得到黑色的h-BCN粉末(参见文献“Chemical synthesis and characterization of flaky h-BCN at highpressure and high temperature”,Dapeng Yang et al.,CHIN.PHYS.LETT.,(2007)24:1088-1091)；由此方案能得到了BCN产品，但处理温度过高，使得制备成本增加，不利于工业化应用。