【催化】Angew. Chem.：硼碳氮陶瓷气凝胶可见光光催化剂

来源：X一MOL资讯

近年来，共轭聚合物，包括共价三嗪框架材料、共轭微孔聚合物、氮化碳聚合物和硼碳氮（BCN）基聚合物等由于其独特的物理化学性质，被认为是一系列非常有前途新型半导体光催化剂。在这些共聚物中，硼碳氮由于其化学组成和能带结构的可调变性，在二氧化碳的固定和光解水产氢反应中得到了人们的关注。已相继报道了硼碳氮纳米片和硼碳氮纳米管应用于光催化的产氢、产氧和二氧化碳还原等反应，然而大多数硼碳氮材料的光催化性能还受限于较低的比表面积、有限的光吸收性能和较差的结晶度。因此，设计和调控硼碳氮的形貌、结构和电子特性是提高其光催化活性的重要途径之一。

气凝胶是一种独特的三维多孔结构材料，具有优异的物理化学性质。基于二氧化硅、碳和金属氧化物合成的气凝胶是研究最为广泛和深入的三种材料。新型硼碳氮气凝胶，特别是具有本征光催化活性的BCN陶瓷气凝胶，还鲜有报道。因此设计合成窄带隙、高比表面积和高结晶度的硼碳氮陶瓷气凝胶是值得探索的研究课题。

图1. (a)硼碳氮气凝胶的合成过程。(b)体相硼碳氮的透射电镜图和(c)扫描电镜图。(d)硼碳氮气凝胶的透射电镜图和(e)扫描电镜图。(f)高分辨透射电镜图【来自(d)图中红色虚线方框的放大图】。(g)对(f)图进行傅里叶变换。

近日，福州大学罗志珊等研究人员报道了以生物质水凝胶为模板，通过高温熔盐法合成出了具有光催化活性的硼碳氮陶瓷气凝胶（如图1）。该方法利用自然界丰富的淀粉，并通过盐的诱导形成了淀粉基水凝胶，而后通过高温发泡膨胀氨化过程得到气凝胶。其中盐作为脱水剂、发泡剂和制孔剂起着关键的作用。合成出的催化剂具有三维多孔结构、高的比表面积和良好的结晶度。光催化活性测试表明，硼碳氮气凝胶在可见光下的产氢活性和二氧化碳还原活性分别是体相硼碳氮光催化剂的2.4和3.1倍。该合成方法避免了以往气凝胶合成过程中需要特殊的凝胶剂和干燥工艺，以简单、高效、绿色环保的方法，为新型BCN基光催化剂的合成制备提供了新的思路。

相关工作发表在 Angewandte Chemie International Edition 上。