氮化硼基納米材料與薄膜的催化劑輔助生長(zhǎng)及其性能研究.pdf

1、氮化硼（BN）在結(jié)構(gòu)上與石墨相似，具有良好的熱傳導(dǎo)性、抗氧化性和化學(xué)穩(wěn)定性，在納米光電器件、高頻激光器和高導(dǎo)熱復(fù)合材料等領(lǐng)域都有很好的應(yīng)用前景。但是 BN材料存在導(dǎo)電性差的問(wèn)題，通過(guò)適當(dāng)?shù)膿诫s形成硼碳氮（BCN）三元化合物，便可解決這一問(wèn)題。BCN材料不僅具BN材料的很多優(yōu)點(diǎn)，還具有良好的導(dǎo)電性，可以在更廣的范圍內(nèi)得到應(yīng)用，其在鋰離子電池、儲(chǔ)氫、超級(jí)電容器和場(chǎng)電子發(fā)射和電子器件等領(lǐng)域都具有良好的應(yīng)用前景。
　　目前 BN領(lǐng)域的研究

2、仍存在很多問(wèn)題，如氣源具有毒性、所制備的納米材料易于團(tuán)聚、薄膜材料結(jié)晶度低、性能和應(yīng)用研究需要進(jìn)一步深入等。本論文針對(duì)這些問(wèn)題展開(kāi)研究，首先以固體B粉為B源，利用催化劑輔助熱蒸發(fā)的方法，制備出來(lái)了BN納米片球和BCN納米片球，并研究了BN納米片球用于污水處理的吸附性能以及BCN納米片球作為 Pt催化劑載體的應(yīng)用。其次，利用催化劑輔助生長(zhǎng)高質(zhì)量的BN薄膜，催化劑的使用大大提高了薄膜的結(jié)晶度。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下：
　　以金屬氧化物

3、為催化劑，通過(guò)加熱金屬氧化物和B粉混合物，使B原子蒸發(fā)出來(lái)，再引人NH3氣制備了BN納米片球。系統(tǒng)地研究了催化劑、反應(yīng)溫度、B粉與催化劑質(zhì)量配比（RB/C）等工藝參數(shù)對(duì)BN納米片球生長(zhǎng)的影響。研究結(jié)果表明，CoO/CoFe2O4和NiO/NiFe2O4在適當(dāng)?shù)墓に嚄l件下都可以作為催化生長(zhǎng)BN納米片球的催化劑，但CoO/CoFe2O4的催化效果更好。反應(yīng)溫度和RB/C對(duì)BN納米片球的生長(zhǎng)影響很大，通過(guò)改變反應(yīng)溫度和RB/C值，實(shí)現(xiàn)了對(duì)BN

4、納米片球的尺寸和納米片厚度的控制。研究了BN納米球作為廢水吸附劑的應(yīng)用，主要考察了其對(duì)泵油、染料和重金屬離子的吸附能力。研究結(jié)果表明BN納米片球在去除水中含有的廢油、染料和重金屬離子等有害物質(zhì)時(shí)，表現(xiàn)出來(lái)了優(yōu)異的吸附性能。BN納米片球?qū)τ偷奈搅窟_(dá)到了自身重量的7.8倍；對(duì)孔雀石綠（MG）和亞甲基藍(lán)（MB）的最大吸附量分別為324和233 mg/g；對(duì)Cu2+、Pb2+和Cd2+的最大吸附量分別為678.7、536.7和107.0 mg

5、/g。這一結(jié)果表明，BN納米片球在廢水處理領(lǐng)域?qū)⒂泻芎玫膽?yīng)用前景。
　　通過(guò)加熱催化劑和B粉的混合物，再通入CH4和NH3制備出來(lái)了BCN納米片球。研究了CH4流量、反應(yīng)溫度和RB/C等工藝參數(shù)對(duì) BCN納米片球生長(zhǎng)的影響。研究結(jié)果表明，CH4流量和反應(yīng)溫度對(duì)BCN納米片球的結(jié)構(gòu)具有重要影響，在CH4流量為10 sccm，1300℃下生長(zhǎng)出來(lái)了BCN納米片球。通過(guò)改變RB/C的比值，實(shí)現(xiàn)了BCN納米片球尺寸的控制，BCN納米片球的

6、尺寸控制在0.45-4μm之間。由于BCN納米片球具有開(kāi)放性的結(jié)構(gòu)、不易團(tuán)聚和良好的導(dǎo)電性的特點(diǎn)，因此研究了其作為催化劑載體的應(yīng)用。采用乙二醇還原法，成功的將 Pt納米顆粒均勻地分散于BCN納米片表面，并且所制備出來(lái)的電催化劑在堿性溶液中表現(xiàn)出了良好的催化氧還原（ORR）活性和穩(wěn)定性。
　　以Mo為催化劑，通過(guò)化學(xué)氣相沉積（CVD）和后期退火處理的方法，制備出來(lái)了高質(zhì)量的BN薄膜。系統(tǒng)地研究了BF3流量、H2流量、微波功率、工作氣