溫和溫度下氮化硼、碳化硼及稀土(或堿土)金屬硼化物納米材料的制備.pdf

1、本論文在調(diào)研硼化物制備和性能的基礎(chǔ)上,在溫和溫度下合成了h-BN微網(wǎng),超薄BN片,具有空心和孔洞結(jié)構(gòu)的碳化硼,以及11種稀土和堿土六硼化合物。取得了一系列的創(chuàng)新性結(jié)果:
　　 (1)多孔材料在諸多方面如,催化劑、催化劑載體、過濾、化學(xué)過濾和光電效應(yīng)等方面有潛在的應(yīng)用價(jià)值。二維的網(wǎng)狀材料,兼具多孔結(jié)構(gòu)和片狀結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn),是近年來材料科學(xué)研究的熱點(diǎn)。但是,受限于有限的制備方法,對(duì)于能在苛刻條件下用作催化劑載體的氮化硼網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),尤其是尺

2、寸為數(shù)百微米,及孔徑尺寸為100 nm以上的氮化硼網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)在以往文獻(xiàn)中尚未報(bào)道。、
　　 本文通過B2O3,Mg和NaN3在450℃下反應(yīng),探索了一種制備數(shù)百微米大小,平均孔徑為2.8μm,厚度為210 nm的晶態(tài)h-BN網(wǎng)狀材料的制備方法。通過PL激發(fā)光譜測(cè)得其接近帶寬在217 nm處。在本體系中原位生成的MgO微球充當(dāng)了模板。氮化硼中間顆粒經(jīng)定向聚集形成氮化硼微網(wǎng)。當(dāng)使用其它硼源的時(shí)候(如HaBO3,Na284O7,NH4H

3、B4O7或Mg(BO2)2·H2O),可以得到不同孔徑大小的h-BN網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。發(fā)展了一種普適的合成晶態(tài)氮化硼微網(wǎng)材料的方法。另外,通過1550℃熱處理初步調(diào)節(jié)了氮化硼微網(wǎng)的孔洞結(jié)構(gòu),形成六角孔。網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的氮化硼可以用作苛刻條件下的催化劑載體,化學(xué)過濾或者分離材料。并且氮化硼網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)也可以在其他方面應(yīng)用到。采用類似于的思路,利用原位生成的MgO模板合成了平均孔徑為3.8μm的蜂窩狀石墨材料。
　　 (2)最近幾年,石墨烯由于其具有

4、獨(dú)特的物理及化學(xué)性質(zhì)和潛在的應(yīng)用前景,引起了人們廣泛的研究興趣,是材料科學(xué)研究領(lǐng)域中的明星。h-BN和石墨的結(jié)構(gòu)和晶胞參數(shù)比較接近,但其電子性能完全不一樣。另一方面,氮化硼的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性要比碳強(qiáng)。這就使單層氮化硼或氮化硼片在許多方面可以和碳材料互補(bǔ)。單層或多層氮化硼納米片狀材料可以在諸多領(lǐng)域有新穎的應(yīng)用前景。但目前有機(jī)溶劑中剝離,機(jī)械剝離,化學(xué)氣相沉積等方法所得產(chǎn)物的量較少,難以得到較多的量,限制了氮化硼納米片(BNNSs)的應(yīng)

5、用。因而探索制備克級(jí)范圍超薄氮化硼材料的方法可以在一定程度上推動(dòng)BNNSs的應(yīng)用研究。
　　 本文探索了一種制備克級(jí)范圍BNNSs的簡(jiǎn)便方法合成,通過氧化硼,鋅粉和鹽酸肼在反應(yīng)釜中500℃下反應(yīng)制備得到厚度為2～6 nm的BNNSs。該BNNSs的陰極射線發(fā)光性能表明其可能在紫外區(qū)的光電器件上有所應(yīng)用。由于BNNSs的高的熱穩(wěn)定性,高比表面積(226 m2/g)以及較大的孔容(0.405 cm3/g)可能使BNNSs在催化劑載體

6、方面有所應(yīng)用。以Pt/BNNSs催化CO為例,研究表明其具有較低的完全轉(zhuǎn)化溫度以及較高的穩(wěn)定性,可用作苛刻條件下的催化劑載體。
　　 (3)盡管在許多技術(shù)領(lǐng)域碳化硼空心或大孔結(jié)構(gòu)是避免的,但這種結(jié)構(gòu)可能在催化劑,催化劑載體,化學(xué)過濾,極端條件下的分離等方面具有一定的價(jià)值。如碳化硼足一種有效的芳香化合物的烷基化和?；磻?yīng)的催化劑。能用作酮,脂,以及烷基苯的合成。另外,碳化硼納米材料中游離碳雜質(zhì)廣泛存在,需要探索一種有效的除雜手段。

7、
　　 本文在反應(yīng)釜中利用MgB2和CCl4合成了碳化硼初產(chǎn)物,通過HClO4腐蝕手段合成了大孔和空心結(jié)構(gòu)碳化硼材料。該初產(chǎn)物經(jīng)過HClO4回流提純,使產(chǎn)物中的碳含量降低,并且發(fā)現(xiàn)空心結(jié)構(gòu)和大孔結(jié)構(gòu)出現(xiàn)。本研究采用的腐蝕方法可以制備其它空心或大孔碳化物材料。
　　 (4)由于稀土硼化物具有優(yōu)異的性質(zhì),合成RB6和AB6激起了科學(xué)工作者的研究興趣。到目前為止,已經(jīng)發(fā)展了多種合成路線。例如,通過元素直接化合,碳熱還原合成,硼

8、熱還原,鋁熱溶劑還原。但這些傳統(tǒng)合成方法通常溫度較高(1100～1800℃),因而在較為低的溫度下(～800℃)發(fā)展了熔鹽電解合成LaB6、CeB6、NdB6、EuB6和GdB6的方法。但到目前為止,很少有低于400℃制備堿土及稀土六硼化合物的通用路線。
　　 本文研究了一種溫和溫度下(170～350℃)合成AB6和RB6材料的通用路線。RB6(R=La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu)立方塊納米晶可以通過12輔助Mg共還原稀土氧