[發(fā)明專(zhuān)利]三維多孔六方氮化硼的制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410138534.0
• 申請(qǐng)日: 2014-04-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103964403A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾海波;趙會(huì)結(jié);宋秀峰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C01B21/064
• 分類(lèi)號(hào): C01B21/064
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 李紀(jì)昌;曹翠珍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及三維多孔納米材料，具體涉及三維多孔六方氮化硼的制備方法，屬于新材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

石墨烯是一種從石墨材料中剝離出的單層碳原子材料，是碳的二維結(jié)構(gòu)，因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能，自2004年被發(fā)現(xiàn)以來(lái)類(lèi)石墨烯結(jié)構(gòu)材料便受到廣泛關(guān)注（K.S.Novoselov,A.K.Geim,S.V.Morozov,Science.2004,306,666）。

六方氮化硼是典型的Ⅲ一V族化合物,帶隙為5.9eV，具有類(lèi)似石墨的層狀結(jié)構(gòu)，與石墨是等電子體，B和N原子完全取代了石墨片結(jié)構(gòu)中的C原子而基本不改變?cè)娱g距，有白石墨之稱(chēng)。二維六方氮化硼具有良好的潤(rùn)滑性、電絕緣性、導(dǎo)熱性、耐化學(xué)腐蝕性以及中子吸收能力。三維六方氮化硼除具有上述的優(yōu)點(diǎn)之外，還具有高比表面積、高氣孔率，而有望在吸附、催化、潤(rùn)滑、高導(dǎo)熱復(fù)合材料的填料、光電器件等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

到目前為止，二維六方氮化硼的制備方法較多，比如濺射沉積法；但是卻只有少數(shù)方法可以用來(lái)合成三維多孔六方氮化硼，主要包括：模板合成法（S.Schlienger，J.Alauzun，F(xiàn).Michaux，J.B.Parra，Chem.Mater.,2012,24,88-96），此外利用氮化硼前驅(qū)體高溫?zé)峤猓越饘贋榛w的自組裝和自蔓延燃燒合成(Ben Rushton,Robert Mokaya，J.Mater.Chem.,2008,18,235–241)也能得到不同孔徑結(jié)構(gòu)的氮化硼材料。但是，無(wú)論是制備出的三維多孔結(jié)構(gòu)材料，還是生產(chǎn)方法，都存在著不足之處，首先，這些多孔材料的表觀密度高、吸附性能不佳、三維結(jié)構(gòu)不甚明顯、；其次，這些生產(chǎn)方法的制備步驟比較繁瑣，包括原料前期的預(yù)處理和產(chǎn)物的后續(xù)處理，生產(chǎn)周期一般較長(zhǎng)，又因產(chǎn)率低和價(jià)格昂貴而不利于工業(yè)大批量生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有三維多孔六方氮化硼的制備方法繁瑣，制備的材料表觀密度高、吸附性能差、孔徑結(jié)構(gòu)單一、產(chǎn)率低等不足，提供了一種三維多孔六方氮化硼的制備方法，步驟簡(jiǎn)單，制備得到的三維多孔六方氮化硼呈現(xiàn)出表觀密度低、吸附性能好、產(chǎn)率高、多級(jí)孔徑分布的特征。

三維多孔六方氮化硼的制備方法，包括以下步驟：

第一步、將先驅(qū)體放入坩堝內(nèi)；所述的先驅(qū)體包括氮源和硼源，氮源是氨氣、尿素、疊氮鈉、吡啶、三聚氰胺、硼烷氨中的一種或多種，硼源是硼粉、氧化硼、硼酸、硼酸銨、氫硼化鈉、碳化硼、硼烷氨中的一種或多種；

第二步、將坩堝置于高溫爐中，抽真空到1～40Pa，通入氣體排除氧氣；

第三步、在10min～4h內(nèi)升溫至900℃～1600℃，反應(yīng)0.5～5h；降至室溫，即可得到三維多孔六方氮化硼。

先驅(qū)體在受熱時(shí)發(fā)生熱分解反應(yīng)，可以釋放出一定量的氣體如氨氣、氮?dú)狻錃獾龋瑲怏w溢出后會(huì)使材料留下部分的孔隙結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)反應(yīng)條件的控制，從而制得三維多孔氮化硼材料。采用上述方法可以得到不同孔徑分布范圍、不同形貌的三維多孔氮化硼。

作為優(yōu)選，所述的氮源和硼源都是硼烷氨。選取硼烷氨作為制備六方氮化硼的硼源和氮源，加熱后可以釋放一定量的氨氣、氮?dú)狻錃饣蛘咂渌镔|(zhì)，形成過(guò)渡的環(huán)氮硼烷分子，環(huán)氮硼烷分子進(jìn)一步熱分解形成氮化硼。

作為優(yōu)選，第一步中，先驅(qū)體中混合有活性劑，所述活性劑為高純硫（S）、硫脲（CH₄N₂S）、硫代氨基脲（CH₅N₃S）、碳酸銨（(NH₄)₂·CO₃）、氯化銨（NH₄Cl）、尿素（CO(NH₂)₂）、偶氮二甲酰胺（AC）中的一種或多種。與利用先驅(qū)體直接制備多孔氮化硼的產(chǎn)率相比，加入活性劑后，產(chǎn)率要高很多，形成的六方氮化硼的產(chǎn)率可高達(dá)78%，遠(yuǎn)大于相同條件下不加活性劑的產(chǎn)率53%。

作為優(yōu)選，活性劑為硫脲（CH₄N₂S）、硫代氨基脲（CH₅N₃S）或高純硫（S）。硫脲、硫代氨基脲或高純硫的硫化性能夠促進(jìn)了分子的交聯(lián)，有利于相互交織的分子分解時(shí)形成三維多孔結(jié)構(gòu)，對(duì)于形成三維多孔六方氮化硼起到了關(guān)鍵性的作用；