新型无机非金属材料硼碳氮(BCN)纳米片,由于具有可调节的带隙宽度和良好的稳定性等优点,近年来引起人们的广泛关注。本论文针对BCN纳米片的制备和性能进行了系统研究。提出了金属钠(Na)插层剥离、置换法和煅烧法等几种利用固相反应制备BCN纳米片的方法,并研究了 BCN纳米片在稀磁半导体、非线性光学、超级电容器和光催化等领域的应用,分析了 BCN纳米片结构对性能的影响。具体研究内容如下:(1)Na插层剥离制备BCN纳米片及其铁磁性性能研究以金属Na插层剥离的氮化硼纳米片(BNNSs)和石墨烯为原料,将两者随机交叠在一起,然后高温煅烧处理将石墨烯中的C原子引入BNNSs晶格中,形成BCN纳米片。采用这种方法可以高效地制备BCN材料,并通过控制石墨烯的添加量可以实现不同C含量的BCN材料的制备。得到的BCN纳米片厚度大约3 nm,具有完整的晶格结构。BCN纳米片中的C原子附近的电子态呈现自旋极化的现象,导致BCN纳米片具有磁性。相比于抗磁性的石墨烯和BNNSs,BCN纳米片表现出明显的铁磁性,居里温度可达到463 K,是一种常温铁磁性半导体材料。另外BCN纳米片在磁场中可以实现定向排列,为下一步BCN材料的实际应用提供了实验基础。(2)置换法制备BCN纳米片及其非线性光学性能研究采用Na剥离方法能高效制备BCN纳米片,但是实验过程较复杂,我们采用球磨的方法代替Na剥离过程,研究了置换法制备BCN纳米片的新方法。置换法制备的BCN纳米片具有良好的晶格结构和极薄的片层厚度(<3 nm)。BCN纳米片表现出非常强的非线性吸收性能。BCN纳米片在较低能量密度下,表现出显著的可饱和吸收特性,而在高能量密度下表现出反饱和吸收的特性。通过控制纳米片中C含量的大小可以实现对BCN纳米片的非线性性能调控。研究结果表明BCN纳米片可以作为一种新型的非线性光学材料,具有很大的应用前景。(3)固相合成制备BCN纳米片及其超电性能研究采用Na剥离和置换法得到BCN纳米片中C含量整体较少。为了进一步提高BCN纳米片中的碳含量,我们提出直接煅烧C源、B源和N源的固相合成方法制备BCN纳米片。研究结果发现利用这种方法可以制备得到C含量高达60 at%以上的多孔BCN纳米片。多孔BCN纳米片的厚度大约在1.7 nm左右,具有较好的晶格结构。多孔BCN纳米片具有良好的导电性能和较大的比表面积。因此这种多孔BCN纳米片可以利用其优秀的电学性能应用在超级电容器领域。实验结果发现,BCN纳米片作为工作电极,具有良好的电容性能。在0.1A/g的电流密度下BCN纳米片的容量为407 F/g,说明BCN纳米片作为工作电极具有非常高的容量。研究结果表明BCN纳米片作为一种新型的超电材料,具有很大的应用前景。(4)BCN纳米片、0D/2D CdS/BCN和0D/2D CdS/MoS2复合材料的光催化性能研究C原子的引入能够明显的降低BCN材料的带隙,通过XPS、莫特-肖特基曲线和紫外-可见吸收漫反射测试,不仅发现随着C含量的增加BCN纳米片的带隙逐渐降低,还发现BCN纳米片的能级结构与水的带隙相匹配。通过BCN纳米片的光催化降解染料和光催化产氢性能测试,发现BCN纳米片可以作为一种新型光催化材料应用于能源与环境领域。以0.5 wt%的Pt做助催化剂,BCN纳米片在全光下产氢效率可以达到400 μmol h-1g-1。BCN纳米片除了自身具有一定的光催化产氢性质以外,它还可以与其它传统光催化剂进行复合,提高其光产氢性能。以0D/2D CdS/BCN纳米复合物为研究对象,发现该复合物的光产氢效率可以达到2.39 mmol h-1 g-1,远高于单纯的CdS和BCN纳米片的光产氢效率。但是发现,虽然CdS纳米颗粒可以分布在BCN纳米片表面,但是两者之间的电子传导存在一定的阻碍,这不利于光催化产氢性能的提高。为了克服这个障碍,设计采用二维过渡金属硫化物代替BCN纳米片作为基底,制备了 0D/2D CdS/MoS2纳米复合物,其光产氢效率可以达到35.6 mmol h-1 g-1,而且该复合物结构可以有效抑制CdS催化剂的硫腐蚀,具有非常高的光产氢循环稳定性。