Adv Mater综述：氮化硼的合成、性质、应用

六方氮化硼作为一种二维材料，展示了优异的光电性能和力学性能，热稳定性，化学惰性。超薄六方氮化硼在多种应用领域受到科学领域相关研究者的广泛关注，比如在纳米电子学、光子学、生物医药、抗腐蚀、催化等领域。

有鉴于此，莱斯大学Pulickel M. Ajayan等综述报道系统性的研究二维氮化硼材料的结构、电子学、力学、光学、热力学性质，及其目前的化学玻璃、化学/物理学气相沉积等先进的合成策略，随后介绍能够发展掺杂、取代、官能团化、与其他材料构建异质结构等。随后作者基于2D氮化硼材料的优异热力学、机械力学、化学稳定性，展示了各种应用前景。

本文要点：

（1）

目前报道中主要存在4种氮化硼材料，分别为无定形氮化硼（a-BN）、六方相氮化硼（h-BN）、立方氮化硼（c-BN）、纤锌矿相氮化硼（w-BN）。BN的结构和性质与等电子体碳材料非常类似，h-BN含有六方相类似石墨烯的结构，c-BN表现为类似金刚石的立方相结构，w-BN表现为密堆积的AA-BB-AA多层结构。目前人们更多的对h-BN、c-BN进行研究，因为这两种晶相BN材料的含量最为丰富，对h-BN、c-BN材料的合成，修饰，性质，应用进行研究。h-BN材料为绝缘态，在科学和技术领域起到非常重要的作用，比如用于电荷波动（charge fluctuation）、接触电阻（contact resistance）、栅极绝缘层（gate dielectric）、钝化层、库仑阻力（Coulomb drag）、原子隧穿层（atomic tunneling layer）。

相关报道发现h-BN在中红外区间表现为具有室温缺陷单光子激发效果，相关研究发现单层h-BN展示了较高的绝缘性和较好的导热性，因此能够用于先进电子学器件的散射作用。人们发现h-BN是迄今为止最强的电绝缘材料之中。少层BN的机械力学行为与石墨烯表现非常明显区别，比如当石墨烯的层数从1提高至8层，机械强度降低30 %，但是BN对于层数目增加并没有明显的变化。BN材料能够通过N缺陷位、近带边跃迁（near-band edge transitions）表现出深紫外荧光（5.97 eV）。而且由于BN材料是一种二维vdW材料，能够与石墨烯、过渡金属硫化物、二维金属等二维材料构建异质结，因此能够实现难以预料的性质和器件性能调控。

（2）

BN材料合成。自上而下（机械剥离、化学剥离），自下而上（化学气相沉积、低温生长、碳取代合成（比如B₂O₃+C+N₂→BN+CO；H₃B₃O₃+NH₃+C→BN+CO₂+H₂O+CH₄）、物理气相沉积、及其其他相关方法）。

（3）

BN材料的掺杂、vdW异质结、纳米复合材料。掺杂修饰，比如物理静电界面吸附、化学修饰官能团H/F/OH/NH₂等；通过h-BN材料的高能带、高介电常数、高导热系数等独特性质，实现改善其他石墨烯TMD金属等二维材料的性质；h-BN材料纳米复合结构材料和聚合物的发展，由于h-BN材料独特的机械性质和导热绝缘性质，能够与其他二维材料构建复合物结构材料，而且在BN-石墨烯-MoS₂等复合材料在能源存储等领域展示广泛应用前景。

（4）

h-BN的应用。分别介绍能量存储、超级电容器、电池、光子学器件、作为基底或者介电层构建纳米电子学器件、在热相关领域的应用；抗热腐蚀、化学腐蚀；作为催化剂；应用于生物医药等领域。

参考文献

Soumyabrata Roy, Xiang Zhang, Anand B. Puthirath, Ashokkumar Meiyazhagan, Sohini Bhattacharyya, Muhammad M. Rahman, Ganguli Babu, Sandhya Susarla, Sreehari K. Saju, Mai Kim Tran, Lucas M. Sassi, M. A. S. R. Saadi, Jiawei Lai, Onur Sahin, Seyed Mohammad Sajadi, Bhuvaneswari Dharmarajan, Devashish Salpekar, Nithya Chakingal, Abhijit Baburaj, Xinting Shuai, Aparna Adumbumkulath, Kristen A. Miller, Jessica M. Gayle, Alec Ajnsztajn, Thibeorchews Prasankumar, Vijay Vedhan Jayanthi Harikrishnan, Ved Ojha, Harikishan Kannan, Ali Zein Khater, Zhenwei Zhu, Sathvik Ajay Iyengar, Pedro Alves da Silva Autreto, Eliezer Fernando Oliveira, Guanhui Gao, A. Glen Birdwell, Mahesh R. Neupane, Tony G. Ivanov, Jaime Taha-Tijerina, Ram Manohar Yadav, Sivaram Arepalli, Robert Vajtai, and Pulickel M. Ajayan*, Structure, Properties and Applications of Two-Dimensional Hexagonal Boron Nitride, Adv. Mater. 2021, 2101589

DOI: 10.1002/adma.202101589

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202101589