[发明专利]一种多孔六方氮化硼纤维的合成方法

说明书

技术领域

本发明的技术方案涉及多孔纤维形貌的六方氮化硼陶瓷材料，具体地说是一种用于氢储存的多孔六方氮化硼纤维的合成方法。

背景技术

氮化硼是一种重要的无机陶瓷材料，由43.6%的硼原子和56.4%的氮原子组成。它的分子式为BN，英文名称为Boron Nitride，分子量为24.82，密度2.27 g/cm³，熔点为3100-3300℃。该多孔六方氮化硼纤维为白色层状结构，由于制备方法的不同，其比表面积、孔体积和孔径分布很不相同。

多孔六方氮化硼纤维作为一种具有优良导热、绝缘、耐酸腐蚀和抗氧化性的陶瓷材料，在水处理、选择性气体吸附及催化剂载体等方面有着潜在的应用。最近的研究发现多孔氮化硼对氢气有很好的吸附作用，并且对环境无污染、无毒害，这为未来的氢能源的广泛应用提供了重要的思路。

近年来，很多工作致力于控制合成多孔BN晶体结构。制备方法主要有模板元素替代、硬模板复制和自组装等几种方法。Dibandjo等人用介孔碳（CMK-3）作为硬模板复制合成介孔BN（P. Dibandjo, F. Chassagneux, L. Bois, C. Sigala, P. J. Miele, Mater. Chem. 2005, 15, 1917–1923.）。Vinu等人以介孔碳作为硬模板用元素替代的方法合成介孔BN（A. Vinu, M. Terrones, D. Golberg, S. Hishita, K. Ariga, T. Mori, Chem. Mater. 2005, 17, 5887-5890.）。Tang等人以铂作为催化剂辅助合成崩溃BN纳米管（C. C. Tang, Y. Bando, X. X. Ding, S. R. Qi, D. J. Golberg, AM. CHEM. SOC. 2002, 124, 14550-14551.）。Schlienger 等人以沸石作硬模板用两步复制合成微孔/介孔BN（S. Schlienger, J. Alauzun, F. Michaux, L. Vidal, J. Parmentier, C. Gervais, F. Babonneau, S. Bernard, P. Miele, J. B. Parra, Chem. Mater. 2012, 24, 88-96.）。这些方法都不适宜规模化生产高质量的多孔BN，原因包括模板不能完全除去、产率低和原料成本高等。并且，Tang等人以铂作为催化剂辅助合成崩溃BN纳米管（C. C. Tang, Y. Bando, X. X. Ding, S. R. Qi, D. J. Golberg, J.AM. CHEM. SOC. 2002, 124, 14550-14551.）的储氢能力是氮化硼领域现有已报道中最高的，为在常温、10 MPa下重量比达4.2 %。最近，美国能源部提出了到2015年储氢材料的目标氢储存能力要达到5.5 %，当前的方法无法满足其要求，迫切需要一种制备方法简单，成本低廉，并且能够具有高氢储存能力的氮化硼材料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种具有高氢储存能力的多孔六方氮化硼纤维绿色、低成本、高产率和高质量的制备方法。采用两步合成：第一步，用水热合成多孔六方氮化硼纤维的前驱体；第二步，在保护气氛下，高温热裂解得到高比表面、大孔体积（包含微孔和介孔）的多孔氮化硼纤维。这种合成发明克服已有方法不能得到高比表面积、大孔体积、高质量和工业化的缺陷，并且这种多孔六方氮化硼纤维具有在常温、3 MPa下重量比高达5.6 %的氢储存能力，超过了美国能源部提出的2015年储氢材料氢储存能力的目标值，因此这种多孔氮化硼现为在氢能源利用领域应用前景广阔。 

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：

一种多孔六方氮化硼纤维的合成方法，其步骤为： 

（1）    将三聚氰胺和硼酸溶于水，制的三聚氰胺-硼酸-水溶液， 其浓度为每100毫升水含有0.5-10克三聚氰胺和0.02-100克硼酸，然后将其搅拌0.5-3小时，加入带有回流装置的反应器中，预热70-95℃使其溶解并保温1-10小时；

（2）    将步骤（1）中配制的溶液冷却10-30℃，冷却速度为每分钟1-50℃，有沉淀物析出，并保温1-10小时，过滤得固体沉淀物；

（3）    将步骤（2）中得到的沉淀物在75-100℃温度下烘干3-10小时；