在化石能源日益枯竭的今天，清洁太阳能的转化、储存和利用成为当前研究的热点。半导体光催化技术可以利用太阳能来驱动一系列重要的化学反应，将低密度的太阳能转化为高密度的化学能或降解、矿化有机污染物，在解决能源和环境问题方面具有广阔的应用前景。在过去的40年中，已研制出上百种新型金属化合物半导体光催化材料(金属氧化物、硫化物、氮化物，金属有机配合物等)，大都包含昂贵的稀有金属元素。
近日，福州大学王心晨课题组在非金属光催化剂的研究上取得新进展：将B原子引入到二维石墨相氮化碳半导体，形成六方相的硼、碳、氮三元合金半导体光催化剂（h-BCN）。研究表明，该h-BCN理化性质稳定，电子能带结构和表面性质独特，能在可见光下光催化分解水产氢、产氧及CO2还原等。h-BCN这种材料因其半导体能带结构（禁带宽度及价带导带位置）受各元素的组成、排布影响很大，可调变性强，并且材料结晶度高，光生载流子的迁移率高，有利于光生电荷的快速分离，在光催化领域有潜在应用前景。
在此基础上，该课题组利用h-BCN半导体光催化剂吸附钴离子，构筑不含任何贵金属成分的光催化剂体系，在可见光照射下，实现水的催化氧化生成氧气反应。h-BCN半导体材料由于B‒N键的“lop-sided”效应，对金属离子具有很强的化学亲和性，利用此性质并结合其高比表面积的特性，制备出了一系列具有特殊性能的金属/h-BCN杂化层状结构。研究结果表明，在钴离子镶嵌的h-BCN(Co/h-BCN)杂化材料中，金属和载体之间的协同作用能有效促进光生载流子分离、降低反应活化能，进而提高光催化氧化水产氧性能。研究展示了利用廉价和地球高丰度元素构筑不含贵金属成份的纳米层状复合材料，有望将过渡金属催化和h-BCN光催化耦合，实现面向可持续能源转换的协同催化过程。
该研究成果发表在Nature Communications以及国内新创办的英文期刊Science China Materials (《中国科学：材料科学》，原文链接http://link.springer.com/article/10.1007/s40843-015-0100-z，http://mater.scichina.com/EN/abstract/abstract510067.shtml)。该工作得到了国家自然科学基金和科技部973项目的支持。
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