[发明专利]二维氨基化氮化硼的一步制备方法

说明书

本发明提供二维氨基化氮化硼的一步制备方法。以氨基钠和氧化硼作为反应前驱体，加热反应得到三方氮化硼；将三方氮化硼粉末与尿素混合后放入球磨罐中，冲入氮气作为保护气，常温下球磨，得到二维氨基化氮化硼。本发明所公开的方法中尿素不仅有助于剥离，而且保护氮化硼纳米片，防止其过度的机械损伤与晶格缺陷的广泛形成，剥离三方氮化硼得到的ABC方式排列的二维氮化硼纳米片，片层更容易剥离开，氮化硼表面修饰上氨基，可以极大改善氮化硼在溶液中的分散性能，具备制备简单、成本低、易于工业化批量生产的特点。

技术领域

本发明涉及二维功能化氮化硼制备领域，尤其涉及一种由三方氮化硼一步球磨制备二维氨基化氮化硼纳米片的方法。

背景技术

三方氮化硼化学稳定性高，在空气中的抗氧化温度接近900℃，具有很高的电阻率，发光位置在紫外光波段，可作为优良的高温耐火材料、电子器件的绝缘膜、紫外或者深紫外的发光材料等，在高温、大功率、高速半导体器件和热沉材料方面也具有很广阔的应用前景。

六方氮化硼，每一层都是由B原子和N原子按照sp²杂化方式交替排列组成的无限延伸的六边形，这些原子层再沿C轴方向按照ABAB……方式排列，晶格常数a＝b＝0.25nm，c＝0.66nm，在同一层内，B和N原子之间靠共价键结合起来，层与层之间则以范德华力相结合。三方氮化硼属于三方晶系，它的结构和六方氮化硼非常相似，每一层同样是由B原子和N原子按照sp²杂化方式交替排列组成的无限延伸的六边形网格，区别是这些原子层在C轴方向上按照ABCABC……方式排列，晶格常数a＝b＝0.25nm，c＝1.00nm，在每一层内，B和N原子之间靠很强的共价键结合起来，层与层之间则以弱的范德华力相结合。剥离三方氮化硼和六方氮化硼形成的单原子层BN结构完全一样，剥离形成的少层二维氮化硼纳米片分别以AB和ABC方式排列。不同的堆叠方式意味着结构与性能的差异，参照石墨烯不同堆叠形式带来各种物化性质的改变，剥离三方氮化硼得到的ABC方式排列的二维氮化硼纳米片是一类区别于剥离六方氮化硼得到的AB方式排列的二维氮化硼纳米片的新材料。另外，氮化硼化学性质稳定，表面缺乏活性基团，因而在溶剂中的分散性很差，这大大限制了氮化硼的应用领域。

发明内容

提出了一种二维氨基化氮化硼的一步制备方法，尤其涉及一种由三方氮化硼一步球磨制备二维氨基化氮化硼纳米片的方法。相比石墨烯而言，氮化硼的剥离难度更高，这是由于氮化硼结构中B原子与N原子的电负性差异使得原子层之间的作用力除范德华力外还带有部分离子键性质的作用力，被称作lip-lip作用。六方氮化硼与三方氮化硼结构类似，但是六方氮化硼更为常见，其AB堆叠方式使层间的B原子与N原子正对且交替出现，此种结构更为稳定，结合力更强。三方氮化硼层间的B原子与N原子没有一一正对，可理解为六方氮化硼的错位形式，这也就是三方氮化硼较为少见的原因，从能量角度分析，三方氮化硼片层更容易剥离开。亲电子的B原子可以被-NH₂基团修饰，而经过修饰后的氮化硼纳米片具有很好的水溶性。氨基化氮化硼改善了氮化硼在溶剂中的分散性，其分散、承载及隔离作用有效提阻止纳米颗粒的团聚，经过脱水处理可以得到质量良好的气凝胶和近乎透明的薄膜。

本发明采用如下技术方案：

二维氨基化氮化硼的一步制备方法，包括如下步骤：

(1)以氨基钠和氧化硼作为反应前驱体，放入高压釜中，加热进行反应，产物用浓盐酸和去离子水清洗后，在真空烘箱里烘干备用；

(2)将三方氮化硼粉末与尿素混合后放入球磨罐中，冲入氮气作为保护气，常温下球磨，得到二维氨基化氮化硼。

步骤(1)中的氨基钠与氧化硼的摩尔数比为12∶5。

步骤(1)中的加热以10℃/min的速率从室温升至600℃，在600℃维持6-8h。

步骤(1)中的烘干温度为60-80℃，时间为4-8h。