[发明专利]氮化硼纳米管的制备方法

说明书

发明领域

本发明涉及新的方法，其中使用硬硼钙石进行直接氮化硼纳米管制备，所述硬硼 钙石为硼酸盐矿物。

发明背景

一种纳米管类型为氮化硼纳米管(BNNT)，并且其在石墨烯平面六边形的角上依次 具有硼和氮原子。与碳纳米管(CNT)为结构类似物的氮化硼纳米管(BNNT)的合成可以使用 与在合成碳纳米管时类似的方法来执行。BNNT比CNT更加耐高温和耐化学腐蚀，并且它们的 储氢能力是CNT的两倍高。

截至目前，已经使用许多方法来合成BNNT。首先是电弧放电方法(Chopra等人)。在 随后的几年中，使用了化学气相沉积、激光烧蚀、球磨和许多其它方法。

在公开了模板辅助氮化硼纳米管合成的许多文献¹中，现有技术水平中已知的一 种方法使用碳纳米管(CNT)或铝过滤器作为模板。CNT与B₂O₃和NH₃气体反应，并且碳(C)原子 由B和N原子来取代。因此，B_xC_yN_z管的制备就是可行的。然而，在所述方法中，获得不纯的 BNNT产物，因为碳无法被完全取代。

现有技术水平中的另一种方法为化学气相沉积(CVD)方法。公开了使用这种方法 来制备BNNT的许多文献2已出版。

现有技术水平已知的申请中国专利文献号CN102874776公开了一种用于制备BNNT 的方法。所述方法包含混合无定形硼粉末、CaO和盐酸，并加热至1000-1100℃温度的步骤。 此外，在该发明的一种实施方式中，公开了硼砂的使用。

发明概述

本发明的目的在于提供一种BNNT的制备方法，其中，硬硼钙石被直接用作硼源。

本发明的另一个目的在于提供一种氮化硼纳米管的制备方法，其能够获得具有高 纯度和低成本的产物。

发明详述

经研发以满足本发明目的的氮化硼纳米管的制备方法在附图中进行说明，其中

图1为本发明方法的流程图。

图2为由本发明方法获得的BNNT的TEM和HRTEM分析图。

图3为由本发明方法获得的BNNT的UV谱图。

图4为由本发明方法获得的BNNT的FTIR图。

图5为由本发明方法获得的BNNT的拉曼显微图。

图6为由本发明方法获得的BNNT的XRD(X射线衍射)图。

经研发以满足本发明目的的氮化硼纳米管(BNNT)的制备方法(100)包含以下步 骤：

-合成粗品BNNT(110)，

-混合硬硼钙石、催化剂和纯水(111)，

-通过放入容器中预加热混合物(112)，

-在熔炉中加热混合物(113)，

-冷却所述熔炉(114)，

-通过从熔炉移除所述容器来收集粗品BNNT(115)，

-提纯所获得的粗品形式的BNNT(120)，

-通过放入盐酸(HCl)溶液中来混合粗品BNNT(121)，

-离心混合物(122)，

-通过加入硝酸(HNO₃)溶液中来搅拌混合物(123)，

-离心混合物(124)，

-在分离沉淀固体后进行冲洗和干燥，从而获得纯BNNT(125)。

在本发明方法(100)中，氮化硼纳米管首先以粗品形式制备(110)，随后，通过执行 数个过程将它们提纯(120)。根据该目的，首先将硬硼钙石和催化剂添加至纯水中以形成悬 浮液，并搅拌悬浮液直至获得均匀的分布(111)。在本发明优选的实施方式中，使用至少一 种金属氧化物作为催化剂，例如氧化铁(Fe₂O₃)、氧化镁(MgO)。优选地，每2g的硬硼钙石使用 0.15-0.17g的金属氧化物。在本发明的一种实施方式中，这种比值为每2g的硬硼钙石 0.166g的催化剂。所使用的纯水为2ml。

在接下来的步骤中，将所制备的混合物倾倒至耐高温容器中，并进行预加热过程， 由此使水蒸发(112)。在本发明优选的实施方式中，预加热过程(112)在氧化铝船中于150- 180℃下执行10-20分钟。