综述：六方氮化硼纳米材料的环境应用：结构、性能与未来展望

本综述系统阐述了六方氮化硼（H-BN）纳米材料因其高比表面积（SSA）、优异的热稳定性、化学惰性及生物相容性等特性，在环境修复（如吸附、光催化、油水分离）及可持续技术（如海水淡化、废水处理、环境传感、能源转化存储）领域的应用潜力与挑战，并重点探讨了通过元素掺杂、功能化及与导电材料（如石墨烯、金属）复合等策略以克服其宽带隙（≈5.9 eV）局限性的研究进展。

　　

Abstract

六方氮化硼（H-BN）基纳米材料因其高比表面积（SSA）、优异的热稳定性、化学惰性、生物相容性以及其他物理、化学和生物学特性，在环境修复和可持续技术领域备受关注。本文综述了h-BN的结构、性能和合成方法，及其在环境领域的多种应用，包括吸附、光催化、油水分离、海水淡化、废水处理、抗菌应用、环境传感以及能量转换和存储。在这些应用中，h-BN显示出良好的可回收性。然而，h-BN的宽带隙（≈5.9 eV）导致其导电性差，限制了其在电子器件中的性能。为解决这一关键局限性，当前研究主要集中于元素掺杂、功能化以及与导电材料（如石墨烯、金属）进行复合改性等策略，以扩展其在能源、催化和传感领域的应用。

结构与性能

六方氮化硼（H-BN）具有与石墨类似的层状结构，由硼（B）和氮（N）原子通过强共价键交替排列成六元环，层间则通过较弱的范德华力结合。这种独特的结构赋予了其一系列卓越的性能：极高的热稳定性（可承受高达1000°C的高温）、优异的化学惰性（耐大多数酸、碱和有机溶剂侵蚀）、良好的润滑性、高比表面积（SSA）以及宽带隙（≈5.9 eV）特性。其宽带隙虽然限制了本征电导率，但也使其成为优异的绝缘体和高热导率材料。此外，h-BN还展现出良好的生物相容性，为其在生物医学和环境健康领域的应用奠定了基础。

环境应用

h-BN纳米材料在环境修复方面展现出多样化的应用潜力。在吸附领域，其高比表面积和表面可调性使其能有效吸附水体中的重金属离子、有机污染物和染料。在光催化中，通过与其他半导体材料（如TiO₂）复合或进行元素掺杂，可以改善其光生载流子分离效率，从而降解有机污染物。其疏水性和亲油性使其在油水分离膜和吸附剂方面表现优异，可用于处理含油废水。在海水淡化方面，h-BN基膜因其纳米级的孔道和抗污染性能，在反渗透和纳滤过程中显示出应用前景。对于废水处理，h-BN可用于高级氧化过程或作为膜过滤材料，有效去除多种污染物。其抗菌特性，源于物理损伤或活性氧（ROS）的产生，可用于制备抗菌涂层或滤膜。在环境传感领域，功能化后的h-BN可用于检测气体污染物（如NO₂、NH₃）或水体中的特定离子，灵敏度高。此外，在能量转换与存储方面，h-BN作为电极材料的基底或隔膜，可提高超级电容器和锂离子电池的稳定性和性能。

挑战与改性策略

h-BN纳米材料在实际环境应用中面临的主要挑战是其固有的宽带隙（≈5.9 eV）导致的低电导率，这限制了其在电化学传感和某些催化反应中的效率。为了克服这一瓶颈，研究人员开发了多种改性策略。元素掺杂（如引入碳、硫或金属原子）可以调节其电子结构，缩小带隙，引入活性位点。表面功能化通过共价或非共价键连接特定官能团，可以改善其在不同介质中的分散性并赋予其新的化学功能。最为有效的策略之一是与导电材料复合，例如与石墨烯形成异质结，或与金属纳米颗粒复合，利用导电网络弥补h-BN的绝缘性，协同提升复合材料的导电性、催化活性和机械强度。

未来展望

未来关于h-BN环境应用的研究将更加注重材料设计的精准化和应用场景的实用化。大规模、低成本的绿色合成方法是实现其产业化应用的前提。通过原子级精准的掺杂和缺陷工程，可以进一步优化其光电性能和催化活性。开发多功能、智能响应的h-BN基复合材料（例如，兼具吸附、催化和传感功能的材料）是一个重要方向。同时，需要深入评估h-BN纳米材料在整个生命周期中对生态系统和人体健康的潜在影响（环境、健康与安全，EHS），以确保其可持续性和安全性。最终，h-BN纳米材料有望在构建绿色、低碳的环境技术体系中发挥关键作用。

Conflict of Interest

The authors declare no conflict of interest.