[发明专利]一种高比表面积超薄氮化硼纳米片的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于制备高比表面积超薄氮化硼纳米片(BNNSs)材料的领域，尤其涉及一种利用固相反应在较为温和的温度下合成具有高比表面积超薄氮化硼纳米材料的方法。

背景技术

最近几年，石墨烯由于其独特的物理及化学性质与潜在的应用前景引起了人们广泛的研究兴趣，是材料科学研究领域中的明星。其优越的电子传输性能可能会引起电子器件领域的革新，参见Nature 2006，444，347。另外，20nm以下的多层碳纳米片(纳米带或纳米片)由于其很高的比表面积，尖锐的开口等优越的性能也引起了广泛的关注，参见Adv.Mater.，2002，14，64-67。

氮化硼与碳的结构相近。与金刚石和石墨类似(2H，3R)，氮化硼材料也有层状结构(h-BN，r-BN)和立方结构(c-BN)。即便h-BN和石墨的结构和晶胞参数比较接近，但其电子性能完全不一样。同导电能力强的石墨相比，氮化硼是典型的绝缘体或者带宽较宽的半导体。另一方面，氮化硼的化学稳定性和热稳定性要比碳强。计算结果表明单层氮化硼材料具有独特的电学，磁学和机械性能。这就使超薄氮化硼或氮化硼片可以作为碳材料的有效补充。

单壁或多壁氮化硼纳米管可以应用在诸多领域中，例如，导热和绝缘高分子复合材料的填料，参见Adv.Func.Mater.2009，19，1857。因而，有理由认为暴露(002)晶面的单层或多层氮化硼纳米片状材料可以在诸多领域有新颖的应用前景。最近超薄的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BNNS(＞20nm)显示出超疏水性能，其在自洁净涂层领域有潜在的应用价值(ACS Nano.ASAP)。

有机溶剂中剥离，机械剥离，化学气相沉积等方法被用来制备单层和多层的氮化硼超薄材料。但由于制备方法的限制，所得产物的量较少(目前一般＜5～10mg)，难以得到较多的量，限制了BNNSs的应用。因而制备克级范围超薄氮化硼材料制备新方法可以在一定程度上推动BNNS的应用研究。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种固相反应温和温度制备高比表面积超薄氮化硼纳米片的方法。

术语说明：BNNSs的含义是指超薄氮化硼纳米片，是本领域常用的英文简写。

本发明的技术方案如下：

一种高比表面积超薄氮化硼纳米片的制备方法，是将氧化硼，锌、铁或镍与盐酸肼、氯化铵或溴化铵在温和温度下进行固相反应，步骤如下：

将氧化硼粉末，锌粉、铁粉或镍粉，盐酸肼、氯化铵或溴化铵按摩尔比1∶(2～4)∶(0.8～2.1)混合，密封在高压釜中，于450℃～600℃下反应2小时～20小时；产物酸洗3～5遍，然后水洗，常规离心分离、干燥，获得厚度为2～6纳米、比表面积200～300平方米/克的氮化硼纳米片。

进一步优选的技术方案之一：

一种高比表面积超薄氮化硼纳米片的制备方法，将氧化硼粉末、锌粉或铁粉与盐酸肼或氯化铵按摩尔比1∶(2.5～3.5)∶(1～1.5)混合，密封在高压釜中，于450℃～550℃下反应5～16小时；

更为优选的技术方案如下：

一种高比表面积超薄氮化硼纳米片的制备方法，将氧化硼粉末、锌粉和盐酸肼按摩尔比摩尔比1∶3.25∶1.25混合，密封在高压釜中，于450℃～500℃下反应6～14小时。

产物酸洗3～5遍，然后水洗，常规离心分离、干燥，获得厚度为2～6纳米、比表面积约226平方米/克的氮化硼纳米片。

本发明上述利用固相反应温和温度制备高比表面积超薄氮化硼纳米片的方法具有较高的热稳定性(＜800℃)，所得氮化硼纳米片有较高的比表面积(平均可达220m²/g)以及较大的孔容(＞0.400cm³/g)。调节反应物的比例可以提高所得氮化硼纳米片的比表面积，但不影响产物形貌。

与现有技术相比，本发明在较为温和的温度下合成了高比表面积的超薄氮化硼纳米片。其反应温度较现有技术中常用的碳热等方法要低，反应条件温和，可得克级超薄氮化硼纳米片。所得产物比表面积相对较高，可以在诸多领域有潜在的应用价值。

本发明是在克级范围制备BNNSs的简便方法，在反应釜中于温和温度下反应制备得到厚度为2～6nm的氮化硼超薄纳米片。由于氮化硼超薄纳米片的高的热稳定性，高比表面积以及较大的孔容，可应用于催化剂载体等领域。

附图说明

图1是采用本发明实施例1制备得到的超薄BN纳米片的X光衍射谱(XRD)。