h-BN多孔纳米片上直接生长CN形成异质结构用于无金属光催化

基于二维层状材料的异质结构的构筑为催化材料的发展提供了新的可能和动力。在一种二维层状材料表面形成一层异质的层状材料，由于两种材料具有不同的功函数，可以使材料电子态发生改变，进而使材料表面的化学反应活性发生巨变。六方氮化硼(h-BN)和聚合CN都是具有二维层状结构的材料，前者具有宽的带隙、优异的化学稳定性、良好的热稳定性等，在催化应用上崭露头角，而后者在光催化和电催化上都已得到应用，如果将两者进行杂化，其催化性能可能进一步得到提高。韩国浦项科技大学的He等人使用硼酸和尿素合成了一种新的基于h-BN和CN杂化的二维异质结构，并通过调整掺入的尿素量改变BN与CN的比例，详细研究了材料的结构、表面化学和光催化活性的关系。研究表明，与纯的CN和负载Pt的BN相比，负载CN的h-BN在还原水制H₂和光催化制H₂O₂方面表现出了更优异的催化活性。CN/BN具有独特的异质结构，虽然光生电子从CN的导带转移到BN的导带后还原电位降低，但空穴转移到CN相，实现了更好的电荷分离，延长了电子的寿命，有利于提高光催化的整体效率。该成果发表在Nano Energy42（2017）58-68。

简报作者: 温志凯责任编辑：林靖，黄阳

球形氮化硼纳米颗粒用作药物递送载体

利用纳米粒子作为药物递送载体具有着巨大的潜力。由于球形形状能够与细胞膜受体有更大的接触面积，故球形氮化硼纳米颗粒在负载药物方面有着很大的应用前景。俄罗斯国立科技大学MISIS的Sukhorukova等人，以FeO、MgO和B粉为前驱体，采用化学气相沉积法制备了表面有许多纳米片状呈花瓣形的中空纳米球，且球的直径绝大部分在100-200nm之间。该方法原理是金属氧化物和B粉在高温下生成B₂O₂气体,B₂O₂和氨气反应形成氮化硼。金属在反应过程中起到一定程度除氧的作用。文章进一步将阿霉素（DOX）负载到BNNPS上进行生物实验。研究结果表明BNNPs具有低细胞毒性，高载药效率，并且能够快速被细胞摄取。该成果发表在ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 17217-17225上。

简报作者: 刘超泽责任编辑：刘振亚

具有超绝热性能的双负指数陶瓷气凝胶

陶瓷气凝胶具有密度低、导热系数低、耐火和耐腐蚀性能好等优点，是一种很有吸引力的隔热材料。然而，陶瓷气凝胶由于其脆性和结晶引起的粉化行为，在大的温度梯度或长时间的高温暴露下，往往会发生严重的强度退化和结构破坏。目前有不少工作报道了不同种类的陶瓷气凝胶的合成，如碳化硅气凝胶、氧化铝气凝胶和氧化物气凝胶等，但其通常会出现较明显的热膨胀现象，或由于脆性引起粉化和结构破坏。青年教师郝梦龙团队与美国加州大学洛杉矶分校等单位合作研制出了一种具有中空孔壁结构的六方氮化硼(h-BN)超隔热气凝胶。为了使材料获得空气中的高温热稳定性，选用h-BN作为基本构造单元。同时，设计了具有双曲线结构的分层多孔结构，来使材料具有负泊松比，达到优异的变形性能和断裂韧性。制备方法如下：首先，利用改良的水热还原法和非接触冷冻干燥技术制备了石墨烯气凝胶模板。然后，在石墨烯气凝胶模板上化学气相沉积h-BN纳米层后再刻蚀掉模板，得到了独特的中空孔壁结构。材料表征结果显示，此种气凝胶结构在各项指标上都获得了优异的性能：超低密度(~0.1 mg/cm³)、超弹性(>95%)，超热绝缘(~2.4 mW/mK in vacuo, ~20 mW/mK in air)，在剧烈热震(~275 °C/s)和长期高温暴露(900 °C in air, 1400 °C in vacuo)下的热稳定性，以及负泊松比和负热膨胀系数。该成果发表在Science, 2019, 363(6428): 723-727.。

简报作者: 刘畅（Leo Liu）  责任编辑：林靖，黄阳

双负指数陶瓷气凝胶用于超隔热

陶瓷气凝胶具有低密度、低热导系数和优异的耐火、耐腐蚀特性，因此被视为优异的隔热材料。然而，由于具有较高的脆性以及易引起结晶诱导的粉碎行为，陶瓷气凝胶在大的热梯度环境中或长时间暴露在高温下，往往会发生强度退化甚至结构坍塌。

徐翔、段镶锋等人在有限元设计模拟的基础上，实验制备了具有双层墙结构的氮化硼（BN）气凝胶。制备步骤为，首先利用氧化石墨烯（GO）组成具有拉胀结构的气凝胶模板，然后将环硼氮烷通过氩气气流引入模板进行化学气相沉积，得到具有BN-GO-BN夹层结构的复合气凝胶，最后通过高温氧化处理去除夹层中的氧化石墨烯，得到具有BN-BN双层墙结构的陶瓷气凝胶。

研究表明，这种具有双层墙结构的氮化硼气凝胶兼具负泊松比（-0.25）和负的热膨胀系数（-1.8x10^-6/℃）。其热稳定性和抗氧化性良好，在氩气氛围中1500℃以下、空气氛围中900℃以下都能保持稳定存在。同时，该气凝胶在面对275℃/s的急剧升降温时，其多孔形态不会发生明显改变，其力学强度几乎保持不变，表现出优异的耐热振性。此外，该气凝胶还表现出超低的热导率。其在真空中和空气中的热导率分别为~2.4 mW/m·K和~20 mW/m·K。研究人员表示，这种新型陶瓷气凝胶可用于设计理想的超级隔热系统并在航天器等领域得到应用。该成果发表在Science 363, 723–727 (2019)上。

简报作者: 李根 责任编辑：黄阳

纳米结构的六方氮化硼(h-BN)和还原氧化石墨烯(RGO)复合物 在超级电容器中的应用

六方氮化硼（h-BN）具有4-6 eV的宽带隙，其电绝缘特性限制了它在电化学领域的应用。而石墨烯具有优异的电学性质，将石墨烯掺杂到h-BN中，可以调整h-BN的结构和带隙，所得到的h-BN和石墨烯的复合材料具有较小的带隙以及非常高的电导率，拓宽了h-BN材料在储能领域的应用。目前报道了氮化硼/石墨烯复合材料应用于原子级薄电路和微波吸收等领域，但其应用于超级电容器还未曾被报道。印度科学与工业研究理事会-中央机械工程研究所的Sanjit Saha等人，首次提出了把h-BN/还原氧化石墨烯(RGO)复合材料应用于高性能的超级电容器。他们通过简单的水热反应将h-BN插入到RGO中，制备了纳米结构的h-BN/RGO复合材料。与块体h-BN相比，复合材料显示出更高的导电性。在三电极电化学测量中，在电流密度为4 A g^-1的情况下，获得了~824 F g⁻¹高比电容。在以RGO为负极，h-BN/RGO复合电极为正极的非对称超级电容器(ASC)中，工作电压可以达到1.4 V。在电流密度为6 A g⁻¹，高能量密度为39.6 W h kg⁻¹的条件下，该材料的比电容为145.7 F g⁻¹，相当于4200 W kg⁻¹的大功率密度。该成果发表在ACS Appl.Mater. Inter. 2015, 7(2015), 14211-14222上。

简报作者: 李丹阳责任编辑：林靖