[发明专利]一种利用熔融碱制备二维六方氮化硼纳米片的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用熔融碱剥离氮化硼粉体制备氮化硼纳米片的方法，属于晶体材料技术领域。

背景技术

随着石墨烯研究的兴起，二维材料（材料的厚度在1nm到100nm之间）以其特有的性质越来越受到人们的重视。在这些二维材料中，六方氮化硼(h-BN)因在结构上和石墨最为接近，引起了很多科研小组的关注和兴趣：二维六方氮化硼会不会像石墨烯那样具有很多特殊的性质？迄今为止，国际上很多研究小组相继报道了二维h-BN的许多优异性质。但是，与石墨不同的是，由于h-BN的层与层之间具有较强的离子键作用，使得剥离氮化硼的难度比剥离石墨的难度要大很多。这也是很多用于制备石墨烯的方法在制备六方氮化硼纳米片时收效甚微的原因之一。

从目前的研究成果可以看出，二维h-BN具有很多其他维度结构的氮化硼（如氮化硼纳米管，纳米线）所不能比拟的优点，例如C.R.Dean等人报道用几十纳米厚度的h-BN作衬底的石墨烯器件性能更好；L.A.Ponomarenko等人用h-BN纳米片和石墨烯制作的夹心结构可以实现石墨烯从金属到绝缘体的转变（见参考文献Dean,C.R.et al.Boron nitride substrates for high-quality graphene electronics.Nature Nanotech.5,722-726,2010;Ponomarenko,L.A.etal.Tunable metal-insulator transition in double-layer graphene heterostructures.Nature Phys.7,958-961,2011；Golberg,D.etal.Boron nitride nanotubes and nanosheets.ACS Nano.4,2979-2993,2010;Coleman,J.,N.etal.Two-dimensional nanosheets produced by liquid exfoliation of layered materials.Science331,568–571,2011;Perim,E.&Galvao,D.S.The structure and dynamics of boron nitride nanoscrolls.Nanotechnology20,335702,2009;Y.Lin,J.W.Connell,Nanoscale.4,6908,2012）。到目前为止，制备h-BN纳米片的方法有微机械剥离法（D.Pacile,J.C.Meyer,C.O.Girit,A.Zettl,Appl.Phys.Lett.2008,92,133107），液相剥离法（C.Zhi,Y.Bando,C.Tang,H.Kuwahara,D.Golberg,Adv.Mater.2009,21,2889；K.Zhou,N.Mao,H.Wang,Y.Peng,H.Zhang,Angew.Chem.Int.Ed.2011,50,1.），气相沉积法（L.Song,L.Ci,H.Lu,P.B.Sorokin,C.Jin,J.Ni,A.G.Kvashnin,D.G.Kvashnin,J.Lou,B.I.Yakobson,P.M.Ajayan,Nano Lett.2010,10,3209），这些方法基本上都是借鉴石墨烯的制备方法。

由于迄今为止六方氮化硼单晶依然没有商品化，所以微机械剥离法制备氮化硼纳米片就受到了限制；此外，该方法产率非常低。液相剥离法需要选择合适的溶剂，而这些溶剂往往价格昂贵，沸点高，此外实验时需要特殊的处理。气相沉积法制备h-BN纳米片往往需要温度很高，通常是1000℃，而且原料有毒，实验过程难以控制。

发明内容

针对现有制备六方氮化硼(h-BN)纳米片制备技术存在的不足，本发明提出一种操作简单、成本低的利用熔融碱制备二维六方氮化硼纳米片的方法。

本发明利用熔融碱制备二维六方氮化硼纳米片的方法，包括以下步骤：

（1）将碱（如氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾等）和六方氮化硼（h-BN）按摩尔比1:1-100:1的比例混合并研磨均匀，并转移到反应釜中；

（2）将反应釜置于加热炉中进行加热反应，加热温度为碱的熔点温度至熔点以上50℃之间，使碱熔融，反应时间为1-24个小时，取出反应釜，冷却至室温；

（3）将反应釜中的反应产物水洗至pH值6-8，再溶于溶剂中分离，即可得到氮化硼纳米片。