[發明專利]一種冰晶剝離法制備硼基化合物納米片的方法

在審

• 申請號: 201910369775.9
• 申請日: 2019-05-06
• 公開（公告）號: CN109911912A
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發明（設計）人: 王琳;吳蓉;查晨陽
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: C01B35/04
• 分類號: C01B35/04;C01B21/064;C01B32/991;B82Y40/00
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 吳頻梅

本發明涉及一種冰晶剝離法制備硼基化合物納米片的方法，屬于先進化學材料技術領域。首先在容器中加入一定量的硼基化合物粉末，再加入去離子水，重復攪拌和冷凍數小時，然后將溶液超聲，超聲過程中保持冰和水的固液比，隨后過濾，最后將硼基化合物納米片的溶液離心，干燥。本發明所制備的硼基化合物納米片具有尺寸大、層數可控、制備過程簡單、成本低廉、環保無害等特點。該硼基化合物納米片亦可以用作電極材料和光電器件上的二維材料。

技術領域

本發明涉及一種綠色、環保、高效的液相剝離合成硼基化合物納米片的方法，屬于先進化學材料技術領域。

背景技術

單質硼最早由法國化學家呂薩克用金屬鉀還原硼酸制得。硼元素在地殼中的含量為0.001％，豐度適中，分布廣泛，價格低廉，硼元素也是核糖核酸形成的基礎元素，具有很好的生物相容性，無毒，無害，環境友好。在工業應用基礎上，基于硼元素的材料是一種重要的工業原料，主要用于特種鋼鐵冶金、工業建材、重載機械、精密電器、核工業、醫學制藥、農業化肥等。以碳化硼材料舉例，塊體碳化硼是自然界中最硬的材料之一，熔點為2450℃，硬度為29.1 GPa，密度為2.52g/cm³，化學穩定性和電導性能優異。從晶體結構上來看，碳化硼晶體是典型的二十面體，晶體構型為菱形，晶格常數a軸約為0.56nm，c軸約為1.212nm。在二十面體內有13個分子軌道，被26個電子占用。上下相連接的二十面體中，被6個電子占用，形成共價電子云。在同上下相鄰的6個二十面體形成軌道中有6個電子，在二十面體中間的6個硼原子與同平面上相鄰的6個碳中心的軌道被20個電子占據，形成化學鍵。晶胞中碳原子和硼原子交替排列，構成碳-硼原子鏈，晶胞邊緣由兩個碳原子連接了相鄰的晶胞，進而構成三個二十面體大環分層結構。這種分層結構中，12個硼原子共平面并橋接相應的碳原子形成一個大平面，這個大平面中12個硼原子由于空間構型-位阻原因，對相應的碳原子電子云上電子具有較強的吸引作用，造成碳原子電子和原子核產生極化現象，這種原子間的偶極矩對中子具有很好的吸收性能，所以大部分核子裂變反應中，碳化硼被用于捕捉、消耗多余的裂變中子。在催化領域中，通過特定的處理，塊體碳化硼這種極化特性可以被加強，進而增強碳化硼晶體中電子的離域，這種具有高活性的離域電子有助于催化反應中原料分子化學鍵的重排，即降低體系的活化能，進而加速催化反應進行和控制產物的生成。同時，塊體硼化鎳和硼化鈷亦可作為硬磁鐵、超導體、特種陶瓷、電池電極、合成反應的催化劑，氮化硼材料也可以作為柔性電子器件的絕緣層。

綜上述所，基于納米尺寸效應和量子隧道效應原理，可以預見如果將塊體硼基材料制備為納米片后，其物理、化學特性將被進一步的提升，最終大幅度提高硼基材料應用范圍和增加硼基材料的商品價值。然而，目前大規模、高質量、低成本的制備硼基材料納米片的方法沒有被報道。

發明內容

本發明的目的是為了改善現有技術的不足而提供一種操作簡單、低成本和制備高質量硼基化合物納米片的合成方法。在去離子水中，首次通過攪拌、冷凍和超聲合成硼基化合物納米片，填補了目前本領域中的技術空白。

本發明的技術方案為：液相剝離合成硼基化合物納米片，硼基化合物納米片呈超薄規則片狀，具體步驟如下：(1)首先在容器中加入一定量的硼基化合物粉末，再加入去離子水；(2)其次上述液體攪拌數小時，形成均相分散的溶液；(3)隨后將溶液置于一定溫度下冷凍數小時，隨后解凍，攪拌，冷凍，重復數次；(4)然后將溶液超聲，超聲過程中保持一定的冰水的固液比，過濾除去殘余的粉末；(5)最后將硼基化合物米片的溶液離心，干燥。步驟(1)硼基化合物粉末種類為：碳化硼，氮化硼，硼化鈦，硼化鎢，硼化鎂，其中的一種。步驟(1)硼基化合物粉末質量為1-50mg，去離子水的體積為1-500ml，硼基化合物粉末尺寸為1-500μm。步驟(2)液體攪拌1-200小時。步驟(3)冷凍溫度為-10到-50℃，冷凍1-100小時，攪拌與冷凍過程重復1-30次。步驟(4)超聲過程中冰和水固液混合比為(1:1-100)。

有益效果：