[发明专利]一种多孔氮化硼纳米纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明的技术方案涉及氮化硼纳米材料技术合成领域，具体为一种多孔氮化硼纳米纤维的合成方法。

背景技术

六方氮化硼晶体的分子式是BN，是一种由氮(N)原子和硼(B)原子构成的类似石墨的层状结构材料，具有优良的电绝缘性，耐高温、抗氧化、耐化学腐蚀、热导率高，被广泛的用于机械、冶金、电子、航空航天等高科技领域。

多孔六方氮化硼纳米纤维是一类由相互贯通或封闭的孔洞构成网络结构的氮化硼纳米纤维材料。多孔氮化硼纳米纤维集多孔氮化硼和纳米纤维的优点于一身，不仅具有大的比表面积、丰富的孔洞结构，而且具有优异的力学性能、化学稳定性和抗氧化性能，因而在水处理、选择性气体吸附及催化剂载体等方面有着广阔的应用前景。

近年来，很多工作致力于控制合成多孔BN结构材料。2002年，C.Tang等人采用铂作为催化剂辅助合成了比表面积为789m²/g的崩溃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)。2012年，D.Cui等人采用NH₄BF₄,NaN₃和硫粉为原料，在高压釜中合成了比表面积为215m²/g的BN中空微米球(G.Lian,X.Zhang,S.Zhang,D.Liu,D.Cui,Q.Wang,Energy Environ.Sci.,2012,5,7072-7080)。2013年，Q.Weng等人采用了硼酸和三聚氰胺作为前驱体，在1000℃下氨化制备出比表面积高达1488m²/g的多孔BN微米带(Q.Weng,X.Wang,C.Zhi,Y.Bando,D.Golberg,ACS Nano,2013,7,1558-1565)。随后，澳大利亚Y.Chen等人报道了多孔BN纳米片在水处理方面的研究。他们采用三氧化二硼和盐酸胍为原料在高温下制备了比表面积为1427m²/g的多孔BN纳米片(W.Lei,D.Portehault,D.Liu,S.Qin,Y.Chen,Nat.Commun.,2013,4,1777)。此后，山东大学D.Cui等人采用溶剂热法，以H₄BF₄,NaN₃为原料，CS₂为催化剂，在高压釜中制备出直径约8nm的超细纳米多孔BN纤维(G.Lian,X.Zhang,H.Si,J.Wang,D.Cui,Q.Wang,ACS Appl.Mater.Interfaces,2013,5,12773-12778)。上述方法存在着制备复杂、产率低、成本高、需要使用有毒化学试剂等缺点，不适合规模化生产。一种多孔六方氮化硼纤维的合成方法(专利号ZL201210475879.6)以硼酸和三聚氰胺为原料，采用两步合成法，首先用水热合成多孔六方氮化硼纤维的前驱体，然后在保护气氛下高温热裂解得到多孔氮化硼纤维。但是这种方法得到的纤维直径为0.2-7微米，长度为20-200微米，长径比为2-1000，形貌不均一。到目前为止，还没有一种制备直径在纳米量级的多孔氮化硼纤维的绿色、低成本的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对当前多孔氮化硼制备技术成本较高、需要使用有毒原料、产量低、不能得到具有高长径比的纳米纤维的不足，提供一种直径小于100纳米的多孔氮化硼纳米纤维绿色、低成本、高产率和高质量的制备方法。本发明所采用的冷冻干燥技术实现了密胺二硼酸分子晶体前驱体在降温的过程中迅速析出成核，避免了晶体的长大，所制备的多孔氮化硼纤维直径达到了纳米量级，纯度高、形貌均一、长径比高、比表面积大。

本发明的技术方案是：

一种多孔氮化硼纳米纤维的制备方法，包括如下步骤：

(1)将三聚氰胺和硼酸溶于水，制得三聚氰胺-硼酸-水的混合溶液，其浓度为每毫升水含有0.005-0.05克三聚氰胺和0.005-0.5克硼酸，搅拌1-3小时后加入带有回流装置的反应器，预热80-95℃使其溶解并保温2-15小时；随后将溶液冷却至15-30℃，冷却速度为每分钟1-50℃，有沉淀物析出，保持该温度放置5-10小时，过滤得到固体沉淀物；

(2)将步骤(1)中得到的沉淀物放入75-95℃烘干箱中，保温3-8小时，得到白色固体；