一种六方氮化硼二维超薄纳米片及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种六方氮化硼二维超薄纳米片及其制备方法与应用，属于纳米材料技术领域。本发明专利技术采用金属硼化物（如硼化钙、硼化镧、硼化镁、硼化钛等）为硼源、铵盐（如氯化铵、溴化铵、硝酸铵等）为氮源在温和的条件下（500～600℃）反应制备得到厚度为0.5～4.0nm的六方氮化硼二维超薄纳米片。本发明专利技术的于采用较廉价的原料在温和温度下实现六方氮化硼二维超薄纳米片的宏量制备，节约了能源，简化了实验步骤，大大降低了产品成本。由于六方氮化硼二维超薄纳米片的高的热导率、热稳定性和化学稳定性，可应用于散热材料、聚合物填充材料和催化剂载体等领域。

【技术实现步骤摘要】
一种六方氮化硼二维超薄纳米片及其制备方法与应用
本专利技术属于纳米材料
，涉及一种六方氮化硼二维超薄纳米片及其制备方法与应用。
技术介绍
自2004年石墨烯问世以来，无机二维纳米材料由于其独特的物理及化学特性与潜在应用，已成为材料科学研究领域的热点，参见Adv. Mater. 2012，24，210。六方氮化硼具有耐高温、高导热率、耐辐射、耐腐蚀，高温润滑及优良的介电、绝缘性能，在各个领域尤其是宇航、国防、电子核工业有较好的应用，引起了人们广泛的研究兴趣。六方氮化硼纳米片具有和石墨烯相似的结构，B原子与N原子由Sp2杂化连接的单原子层构成，其基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环，其理论厚度与石墨烯相当， 约为O. 33nm，是目前所发现的最薄的二维材料之一，参见Nanoscale2012，4，6908。其化学稳定性、热稳定性等性能比石墨烯更优良，因此在制备高导热陶瓷器件、导热绝缘聚合物复合材料、耐热固体润滑剂和润滑油脂添加剂等方面具有新颖的应用前景。例如，超薄的氮化硼纳米片填充物可以提高聚合物的导热和机械性能，参见Adv. Mater. 2009，21，2889。硅基片上垂直交联的氮化硼纳米片具有超疏水性，在自清洁涂层领域具有潜在的应用价值，参见 ACS Nano2011, 5，6507。机械剥离、低能球磨、等离子刻蚀、化学气相沉积、化学剥离等方法被用来制备单层和多层六方氮化硼纳米片超薄材料。但由于制备方法的限制，所得产物的量很少(目前一般<10mg)，难以制得较多的量，这严重制约了六方氮化硼纳米片的进一步研究与实际应用。 开发六方氮化硼超薄纳米片的宏量制备技术，一直是研究人员关注和研制的重点。例如， 中国专利局公布的专利技术名称为“一种高比表面积氮化硼超薄纳米片的制备方法”(公开号 CN101913576A)的专利技术，披露了一种高比表面积氮化硼超薄纳米片的制备方法。采用固相法，以氧化硼为硼源，盐酸肼、氯化铵或溴化铵为氮源，锌、铁或镍为还原剂，在温和条件下制备了具有高比表面积的氮化硼超薄纳米片。这种方法所得纳米片的厚度为2 6nm，其厚度很难控制，其产量较低(〈O. 5g)。中国专利局公布的另一项专利技术名称为“六方氮化硼的制备方法及其制得的六方氮化硼多晶粉末”(公开号1955109A)，该专利公开了一种片状六方氮化硼多晶粉末的制备方法，以硼氢化钠、硼氢化钾和氟硼酸盐为原料或以六硼化钙、氨基钠为原料制备六方氮化硼纳米粉。这种方法合成的氮化硼粉体具有三角片和六边形片状形貌，但所用原料的成本较高，且产量也较低。目前国内外还没有采用金属硼 化物为硼源、铵盐为氮源在温和条件下合成六方氮化硼二维超薄纳米片的报道。因此，研制开发以较廉价的原料在温和条件下六方氮化硼二维超薄纳米片的宏量制备技术，不仅对推动氮化硼二维超薄纳米片的性能研究有重要的理论意义，而且对进一步开发这种新型二维纳米材料的应用具有十分重要的现实意义。
技术实现思路
本专利技术的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种六方氮化硼二维超薄纳米片的制备方法。该方法以金属硼化物为硼源、铵盐为氮源在温和温度下进行原位氮化反应，能够宏量制备六方氮化硼二维超薄纳米片。本专利技术的另一目的在于提供通过上述制备方法制备得到的六方氮化硼二维超薄纳米片。本专利技术的再一目的在于提供上述六方氮化硼二维超薄纳米片的应用。本专利技术的目的通过下述技术方案实现一种六方氮化硼二维超薄纳米片的制备方法，包括以下步骤(1)将金属硼化物粉末与铵盐粉末混合，研磨均匀，密封于反应釜中，于400 700°C反应6 48小时。(2)步骤(I)的反应产物经酸洗除去副产物，然后再用水、乙醇洗至中性,离心分离后经真空干燥，得到六方氮化硼二维超薄纳米片。步骤(I)中所述的金属硼化物优选为六硼化钙、六硼化镧、硼化镁、硼化锆、硼化铬或砸化钦等。步骤(I)中所述的铵盐优选为氯化铵、溴化铵或硝酸铵。步骤(I)中所述的金属硼化物与铵盐的摩尔比优选为1:2 12。优选的，步骤(I)为将六硼化钙或六硼化镧粉末与铵盐粉末按摩尔比1:6 12 混合，研磨均匀，密封于不锈钢反应釜中，于500 600°C反应12 48小时。优选的，步骤(I)为将硼化镁、硼化锆、硼化铬或硼化钛粉末与铵盐粉末按摩尔比1:2 4混合，研磨均匀，密封于不锈钢反应釜中，于400 600°C反应6 24小时。步骤(2)中所述的酸洗优选为用1. O 3. Omol/L稀硝酸或稀盐酸洗3 5遍。步骤(2)中所述的真空干燥优选为60 80°C下真空干燥6 12小时。一种六方氮化硼二维超薄纳米片通过上述制备方法制备得到，其厚度为O. 5 4nm。上述六方氮化硼二维超薄纳米片可应用于散热材料、聚合物填充材料、催化剂载体等领域。本专利技术是在克量级范围内宏量制备六方氮化硼二维超薄纳米片的简单方法，在不锈钢反应釜中温和温度条件下经原位氮化反应制备得到O. 5 4nm的六方氮化硼二维超薄纳米片。由于六方氮化硼二维超薄纳米片具有高的热稳定性和热导率，可应用于散热材料、 聚合物填充材料、催化剂载体等领域。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果(I)本专利技术采用较廉价的金属硼化物和铵盐为原料在温和温度下发生原位氮化反应制备了六方氮化硼二维超薄纳米片。其反应温度较现有技术中常用的化学气相沉积、碳热等方法要低，产量较现有技术要高得多，可以制备克量级六方氮化硼二维超薄纳米片，简化了实验步骤，大大降低了产品成本。(2)对所制备得到的六方氮化硼超薄纳米片用X-射线衍射仪进行物相分析，从得到的X-射线衍射图可知，500°c即可得到纯相的六方氮化硼，相对于传统的化学气相法，大大降低了合成温度，节约了能源。(3)对所制得的六方氮化硼超薄纳米片用扫描电镜和透射电镜进行形貌分析，从得到的电镜照片可知该六方氮化硼二维超薄纳米片为分散性好、尺寸较均一的二维纳米片。(4)对所制得的六方氮化硼超薄纳米片用原子力显微镜进行形貌分析，从得到的图片可知该六方氮化硼二维超薄纳米片的厚度为O. 5 4nm，即所得纳米片为单层或小于 10层的类石墨烯结构的超薄二维纳米材料。(5)本专利技术所得的六方氮化硼二维超薄纳米片具有高的热稳定性和热导率，可应用于散热材料、聚合物填充材料、催化剂载体等领域。附图说明图1图2图3 镜(b)图。图4图5图6 电镜(b)图。是实施例1制备得到的六方氮化硼二维超薄纳米片的X射线衍射谱图。是实施例1制备得到的六方氮化硼二维超薄纳米片的红外光谱图。是实施例1制备得到的六方氮化硼二维超薄纳米片的扫描电镜(a)和透射电是实施例1制备得到的六方氮化硼二维超薄纳米片的原子力显微镜图。是实施例10制备得到的六方氮化硼二维超薄纳米片的X射线衍射谱图。是实施例10制备得到的六方氮化硼二维超薄纳米片的扫描电镜(a)和透射具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1(I)将20mmol六硼化钙粉末，120mmol氯化铵粉末混合，用研钵研磨均匀，并密封于50mL的不锈钢反应釜中，在电炉中以10°C /min的升温速率从室温升至600°C，并在 600°C条件下恒温反应24小时。(2)自然冷却至室温，打开反应釜后所得初产物经稀硝酸(3. Omol/L)洗本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种六方氮化硼二维超薄纳米片的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）将金属硼化物粉末与铵盐粉末混合，研磨均匀，密封于反应釜中，于400～700℃反应6～48小时；（2）步骤（1）的反应产物经酸洗除去副产物，然后再水洗、醇洗至中性，离心分离后经真空干燥，得到六方氮化硼二维超薄纳米片。

【技术特征摘要】
1.一种六方氮化硼二维超薄纳米片的制备方法，其特征在于包括以下步骤(1)将金属硼化物粉末与铵盐粉末混合，研磨均匀，密封于反应釜中，于400 700°C反应6 48小时；(2)步骤(I)的反应产物经酸洗除去副产物，然后再水洗、醇洗至中性，离心分离后经真空干燥，得到六方氮化硼二维超薄纳米片。2.根据权利要求1所述的六方氮化硼二维超薄纳米片的制备方法，其特征在于步骤 (O中所述的金属硼化物为六硼化钙、六硼化镧、硼化镁、硼化锆、硼化铬或硼化钛。3.根据权利要求1所述的六方氮化硼二维超薄纳米片的制备方法，其特征在于步骤(I)中所述的铵盐为氯化铵、溴化铵或硝酸铵。4.根据权利要求1所述的六方氮化硼二维超薄纳米片的制备方法，其特征在于步骤 Cl)中所述的金属硼化物与铵盐的摩尔比为1:2 12。5.根据权利要求1所述的六方氮化硼二维超薄纳米片的制备方法，其特征在于步骤(I)为将六硼化钙或六硼化镧粉末与铵盐粉末按摩尔比1...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑明涛，刘应亮，雷炳富，刘晓瑭，肖勇，董汉武，张浩然，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：