[發明專利]一種氮化硼納米片的制備方法及以其為載體的催化劑

有效

• 申請號: 201410750245.6
• 申請日: 2014-12-10
• 公開（公告）號: CN104591106A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發明（設計）人: 魯福身;孫文亮;孟園;王飛;黃曉春;高文華
• 申請（專利權）人: 汕頭大學
• 主分類號: C01B21/064
• 分類號: C01B21/064;B82Y30/00;B01J27/24;C07C209/36;C07C211/46;C07C211/47;C07C213/02;C07C215/76;C07C221/00;C07C225/22;C07C67/347;C07C69/618
• 代理公司: 廣州三環專利代理有限公司 44202
• 代理人: 溫旭;張澤思

技術領域

本發明涉及納米材料制備領域及催化技術領域，具體是涉及一種氮化硼納米片制備方法，還具體是涉及以氮化硼納米片為載體制備的催化劑，應用于有機反應催化。

背景技術

納米科學技術作為當代高科技和新興學科發展的基礎為我國的經濟建設、國防實力、科技發展乃至整個社會的進步產生了巨大的影響。六方氮化硼(h-BN)和石墨是兩種結構類似的無機材料，二者獨特的結構特征使得它們在多個領域具有很好的應用前景。h-BN，是典型的Ⅲ-Ⅴ族化合物，呈白色，又被稱為“白石墨”。其每一層都是由硼與氮原子交替排列組成，在二維方向無限延伸形成六方形網格，層內由sp²雜化形成的B-N共價鍵相連，層間靠范德華力結合。h-BN有諸多優異的性能，比如高機械性能、高熱導率、高耐熱性、低熱膨脹系數、耐化學腐蝕性、低摩擦系數等，并被廣泛應用于飛機及火箭發動機噴口涂料、特種陶瓷、高溫高壓固體潤滑劑、航空航天中的熱屏蔽材料、原子反應堆中的結構材料、甚至食品添加劑。

h-BN有著類似于石墨的結構，其納米量級的BNNS也有諸多特殊的性能。制備BNNS的方法，主要有液相超聲剝離法、機械剝離-等離子刻蝕法和化學氣相沉積(CVD)法。超聲分散法為液相剝離法中操作最簡單的，且因其價格相對低廉、可以大量制備產品及工業化生產可行性等優點，引起了科研人員很大的興趣與廣泛的研究。最近，美國漢普頓國家航空航天研究所Lin實驗組利用綠色溶劑(水)來剝離h-BN，剝離過程中利用了水的強極性對h-BN的剪切力，得到了橫向尺寸相對于原始h-BN明顯減少的少數層BNNS。但利用單純的溶劑剝離h-BN，產率低是制約其大范圍應用的關鍵因素之一。

隨著石墨烯在催化方面展現的巨大應用潛力，h-BN用作催化劑載體也日漸引起人們的重視。丹麥林比科學家Claus等最先將h-BN用作Ru催化劑載體，該催化劑在高溫下的壽命比碳或其它載體負載的Ru催化劑明顯延長。臺大Wu等人也合成了Pt/h-BN催化劑并用于高溫氧化揮發性有機物。此外，h-BN負載的?金屬催化劑在炔烴的選擇性還原反應中的應用也受到了研究人員的關注。但是由于h-BN缺陷少且比表面積小(21.6m²/g)，作為載體它與活性組分的作用力較弱，金屬的負載量相對較小，因此限制了它在催化中的應用。

發明內容

本發明提供了一種制備氮化硼納米片的方法，解決了現有方法產率低的問題。應用此方法可以在短時間內高產率(15％～20％)地得到少數層的氮化硼納米片，而且溶劑氯化亞砜可以使用較為簡單的方法回收并重復利用。本發明進一步提供了以氮化硼納米片為載體制備的催化劑。所得催化劑在有機反應呈現了很好的催化作用，尤其對于芳香化合物加氫反應。

為了達到上述發明目的，本發明采用的技術方案是：

一種制備氮化硼納米片的方法，此法包括將六方氮化硼分散到氯化亞砜中，通過超聲一段時間后回收溶劑得到氮化硼納米片。具體包括如下步驟：

S1將六方氮化硼加入到氯化亞砜中；

S2將S1中所得的體系置于超聲波清洗機內超聲；

S3將S2中所得體系靜置或離心，取上層分散液并回收溶劑，干燥即得一種氮化硼納米片。

根據表面化學可知，分散相與溶劑的表面能越接近，兩者混合后形成的焓越低，即溶劑的表面張力在剝離中是關鍵的影響因素。六方氮化硼的表面能大約為44～66J/cm²，氯化亞砜的表面張力為36.1J/cm²，二者比較接近。而且氯化亞砜的強極性及活潑的化學性質，可能會在剝離的過程中對六方氮化硼表面進行功能化修飾。另外，由于氯化亞砜的沸點較低，易揮發等特點，使溶劑的回收處理較為簡便。所以，步驟S1中優選氯化亞砜作為溶劑。

進一步地，步驟S1中六方氮化硼的濃度為1～10mg/ml。六方氮化硼的濃度對氮化硼納米片的產率有一定影響。濃度過大，由于溶劑量相對較少，對六方氮化硼的作用力較弱，會降低氮化硼納米片的產量；濃度過小，會造成溶劑的浪費。

進一步地，步驟S2中超聲的功率為50～500W，時間為5～48小時。超聲的功率和時間會對氮化硼納米片的形貌和產量造成很大的影響。功率過小或時間過短，會使制得的氮化硼納米片厚度較厚且產率低；功率過大或時間過長，會減?少制得的氮化硼納米片的橫向尺寸。