[發明專利]一種利用冷凍干燥處理制備多孔硼碳氮納米片的方法

有效

• 申請號: 201710481725.0
• 申請日: 2017-06-22
• 公開（公告）號: CN107082408B
• 公開（公告）日: 2019-03-08
• 發明（設計）人: 郝霄鵬;馬福坤;吳擁中;邵永亮
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C01B21/082
• 分類號: C01B21/082;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 王緒銀

一種利用冷凍干燥處理制備多孔硼碳氮納米片的方法，包括以下步驟：(1)將硼源、碳源和氮源按比例混合，形成原料混合物，加水使原料混合物溶解，形成原料混合物溶液；(2)將原料混合物溶液冷凝固化后進行冷凍干燥處理；(3)將冷凍干燥得到的粉末在氣氛保護或者真空環境下，800℃～1200℃反應0.5小時～12小時；(4)放入球磨機內球磨2小時～8小時；(5)待球磨產物冷卻至室溫后，清洗干燥處理，即得到多孔硼碳氮納米片。該方法操作程序簡單，有利于提高產率，降低成本；反應過程中的各種參數易于監測和控制，容易研究反應機理，找出最關鍵的影響因素，盡快穩定工藝條件；環境污染少，有利于環境保護。

技術領域

本發明涉及一種用于制備多孔硼碳氮(porous BCN)納米片的方法，屬于硼碳氮(BCN)納米材料制備技術領域。

背景技術

近年來，二維材料由于其獨特的片層結構和優異的物理、化學和電學性能，在各種領域表現出非常好的應用前景。BCN納米片簡單的可以認為是小時-BN和石墨烯晶格結構在二維平面內的混雜。由于BCN納米片中各類原子含量可以調節，導致BCN納米片具有各種結構形式，如BCN、BC₂N、BC₃N和BC₆N等等，因此BCN納米片的性質也具有多變性。例如，當以石墨烯的C晶格結構作為基底時，B原子替換C原子進入晶格后，產生多余空穴，N原子替換進入晶格產生多余電子。BCN結構可以成為一種n型或者p型窄帶隙半導體。同時，BCN納米片的性能不僅與其結構密切相關，也與納米片的具體形貌有關。因此除了調節BCN的組成結構以外，研究如何獲得比表面積更大，片層更薄的納米結構同樣是BCN領域的研究熱點。

從目前的研究成果可以看出，BCN納米片的制備方法有很多，大體可以分為以下兩類：一類是采用化學氣相沉積的方法(Liu Z,Ma L,S小時i G,et al.In-plane小時eterostructures of grap小時ene and小時exagonal boron nitride wit小時controlled domain sizes.Nat Nano,2013,8(2):119-124)，另一類是采用三氧化二硼、三聚氰胺、葡萄糖等含有硼、碳和氮元素的物質進行固相合成，如中國專利文獻CN106430128A公開的《一種超薄硼碳氮納米片的合成方法》。到目前為止，所有制備方法均得到片層結構相對完整的BCN納米片，但不能有效擴大BCN納米片的比表面積。

發明內容

針對現有BCN納米片制備技術存在的問題，本發明提出一種利用冷凍干燥處理制備多孔硼碳氮納米片的方法，該方法冷凍干燥處理硼源、氮源和碳源的混合物，具有原材料便宜易得，反應條件簡單，制備過程綠色無毒等特點。

本發明的利用冷凍干燥處理制備多孔硼碳氮納米片的方法，包括以下步驟：

(1)將硼源、碳源和氮源按摩爾百分比為1～98％：1～98％：1～98％的比例混合，形成原料混合物，按水與原料混合物的摩爾比為10～1000：1的比例，加水使原料混合物溶解，形成原料混合物溶液；

(2)將原料混合物溶液冷凝固化后進行冷凍干燥處理；

(3)將冷凍干燥得到的粉末在氣氛保護或者真空環境下，800℃～1200℃反應0.5小時～12小時；

(4)待反應產物冷卻至室溫后，球磨2小時～8小時；

(5)待球磨產物冷卻至室溫后，清洗干燥處理，即得到BCN納米片。

步驟(1)中的硼源為硼酸、氧化硼、硼酸鹽或其它含硼的有機物。

步驟(1)中的氮源為尿素、雙氰胺、三聚氰胺或其它含氮物質。

步驟(1)中的碳源為葡萄糖、檸檬酸或其它含碳有機物。

步驟(3)中的氣氛保護環境為氮氣或氬氣保護等環境。