[发明专利]一种含苯基的BCN陶瓷先驱体及其合成方法

说明书

本发明公开一种含苯基的BCN陶瓷先驱体及其合成方法，该合成方法以癸硼烷和含苯基的胺类化合物为原料，利用癸硼烷和含苯基的胺类化合物的聚合反应，简单高效的合成了新的BCN陶瓷先驱体，反应在室温条件下即可进行，合成产率达到90wt％以上，除氢气外无其他副产物，原子利用率高。本发明可通过以不同的含苯基的胺类化合物为原料，合成新型的具有不同碳含量的BCN陶瓷先驱体，均具有较好的溶解性，陶瓷产率超过75wt％。本发明提供的合成方法简单，便于实现规模化生产，而且BCN陶瓷先驱体的溶解性好、陶瓷产率高，适应于多种溶液加工工艺以制备复杂形状的陶瓷材料。

技术领域

本发明涉及新材料技术领域，尤其是一种含苯基的BCN陶瓷先驱体及其合成方法。

背景技术

硼碳氮(BCN)陶瓷材料，碳材料和氮化硼具有相似的原子结构，是应用广泛的结构功能一体化材料体系。硼碳氮介于两者之间，兼具了碳材料和氮化硼的性能优势，同时还具有密度低、禁带宽度可调、高温抗氧化性较好等特点，在超级电容器、催化剂、气体吸附、锂电极、荧光发光以及电磁波吸收等领域均表现出良好的应用前景，在最近二十多年中引起了极大的关注。目前，BCN材料的制备方法主要有化学气相沉积法、磁控溅射法、溶剂热法、机械化合金法以及先驱体转化法等，其中先驱体转化法由于所用先驱体具有分子结构可设计、良好的成型性、可低温陶瓷化等优点，是制备高性能BCN材料较理想的方法。

先驱体转化法制备BCN材料可以通过控制先驱体合成所用原料种类和比例调节热解陶瓷的元素组成和微结构，进而调控其性能。 Seyferth等(Seyferth,D.,Rees,W.S.,Chem.Mater.,1991,3,1106–1116)通过癸硼烷(B₁₀H₁₄)与乙二胺之间的聚合反应制备得到BCN陶瓷先驱体，陶瓷产率可以达到80％以上，并通过溶液拉丝的方法制备了 BCN和BN纤维，但是这类先驱体不具有热塑性，难以熔融成型。张涛(张涛.可纺性BN(C)有机先驱体的合成与陶瓷化研究,哈尔滨：哈尔滨工业大学,2011)以三氯化硼和氯化铵为原料在甲苯中合成了三氯硼吖嗪(TCB)，并用TCB的甲苯溶剂分别与苯胺和烯丙基胺进行聚合反应制备得到BCN陶瓷先驱体聚合物，分子量分别为3169和 2865，具有一定的成型性，1000℃陶瓷产率分别为52％和38％。曽思藩(Zeng,S.F.,Feng,W.,Luo,H.,Tan,Y.,Wang,Y.,Zhang,H.,Zhang,T., Peng,S.,Chem.Phys.Lett.,2017,674,164–167)以三氯化硼、乙二胺、苯胺为原料，在90℃水浴条件一步合成了BCN陶瓷先驱体，陶瓷产率为52％。而在先驱体的合成过程中，以三氯化硼为硼源，存在合成过程比较复杂、先驱体容易水解氧化、陶瓷产率较低等问题。

发明内容

本发明提供一种含苯基的BCN陶瓷先驱体及其合成方法，用于克服现有技术中先驱体不具有热塑性，合成过程比较复杂、先驱体容易水解氧化、陶瓷产率较低等缺陷。

为实现上述目的，本发明提出一种含苯基的BCN陶瓷先驱体的合成方法，包括以下步骤：

S1：按物质的量比1:1称取癸硼烷和含苯基的胺类化合物；

S2：将所述癸硼烷溶解在无水四氢呋喃中，获得癸硼烷溶液；

将所述含苯基的胺类化合物溶解在无水四氢呋喃中，获得胺类化合物溶液；

S3：选取带有搅拌的反应釜，将反应釜内的空气置换为惰性气体，然后将所述癸硼烷溶液加入到反应釜；

S4：在搅拌条件下，向反应釜中加入胺类化合物溶液；

S5：加料完毕后，继续在室温下搅拌6～12h，然后在60℃恒温水浴条件下减压蒸馏6～12h，得到BCN陶瓷先驱体。

为实现上述目的，本发明还提出一种含苯基的BCN陶瓷先驱体，由上述所述合成方法合成得到。

与现有技术相比，本发明的有益效果有：