[发明专利]一种活性六方氮化硼材料及其制备方法、应用，以及光催化制氢的方法

说明书

本发明提供了一种活性六方氮化硼材料及其制备方法、应用，以及光催化制氢的方法。本发明提供的制备方法包括：利用⁶⁰Co‑γ射线对六方氮化硼原料或六方氮化硼原料的分散液进行辐照，得到活性六方氮化硼材料。本发明的制备方法，以⁶⁰Co‑γ射线作为辐照源对六方氮化硼进行辐照处理，能够有效改变该材料局部微观结构，产生局部活性缺陷，降低该材料的禁带宽度并达到合适的程度，具体可将带隙5.5eV左右改变至2.7eV左右，由宽带隙绝缘体转变为可见光响应性催化剂，得到具有局部活性缺陷的六方氮化硼材料，其具有利用可见光催化化学反应能力，大大提高其可见光催化活性，能够用于光催化水制氢且获得较高的催化制氢效果。

技术领域

本发明涉及清洁能源领域，特别涉及一种活性六方氮化硼材料及其制备方法、应用，以及光催化制氢的方法。

背景技术

氢气作为一种清洁燃料，已被广泛认可为未来传统化石燃料极具前途的替代品。然而，目前制氢方式主要仍依赖于化石能源和电能，难以实现产氢过程的零碳排放。太阳能是取之不尽的天然能源，其一半能量集中于可见光区，无需消耗地球资源便可直接获得，因此，可见光催化产氢反应被认为是有效制备氢气并解决能源危机的最重要途径之一。

目前，可见光催化产氢反应的效率受限于缺乏高效催化剂。传统的以金属化合物(氧化物、氮氧化物和硫氧化物)为主的催化剂制备成本较高且稳定性差，发展空间有限。因此，开发低成本、清洁高效的光催化剂是绿氢能源利用技术中迫在眉睫的课题。

长期以来，由于优异的电学和热学性能，六方氮化硼粉体(h-BN)和氮化硼纳米片(BNNS)主要作为填料被用于改善复合材料的绝缘性和导热性(LiuB,Zhou K.Recentprogress on graphene-analogous 2D nanomaterials:properties,modeling andapplications[J].Progress in Materials Science,2019,100:99-169.)。六方氮化硼的带隙为5.5eV，并且呈化学惰性(Yu J,Qin L,Hao Y F,Kuang S,Bai X D,Chong Y M,ZhangW J,Wang E.Vertically aligned boron nitride nanosheets:chemical vaporsynthesis,ultraviolet light emission,and superhydrophobicity[J].ACS Nano,2010,4(1):414-422.)，因此，h-BN不具备可见光催化活性的物质基础。

近年来，一些研究人员发现在BNNS中进行元素掺杂(C、O、S和F)可以调节其带隙宽度，以此提高其光催化性能。Wang等人提出通过C掺杂来调节BNNS的能带结构，并制备了一种基于h-BN的硼碳氮化合物(BCN)的可见光催化剂，该催化剂在包括可见光催化产氢反应在内的各种光催化氧化还原应用中表现出优异的性能(Huang C J,Chen C,Zhang M W,LinL H,Ye X X,Lin S,Antonietti M,Wang X C.Carbon-doped BN nanosheets for metal-free photoredox catalysis[J].Nature Communications,2015,6:7698.)。此后，关于BCN材料的前驱体材料开发和制备方法改进及拓展的研究工作在学术界蓬勃开展，以期获得具有更高催化性能的BCN材料。但目前为止，BCN和其他元素掺杂样品通常都是通过800℃以上的高温反应来制备(Lei W W,Zhang H,Wu Y,Zhang B,Liu D,Qin S,Liu Z W,Liu L M,MaY M,Chen Y.Oxygen-doped boron nitride nanosheets with excellent performancein hydrogen storage[J].Nano Energy,2014,6:219-224.)，条件严苛且产率很低(＜10％)，严重限制了h-BN基催化剂的进一步发展和实际应用前景。