CN101913576A - 一种高比表面积超薄氮化硼纳米片的制备方法 - Google Patents
一种高比表面积超薄氮化硼纳米片的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101913576A CN101913576A CN 201010251304 CN201010251304A CN101913576A CN 101913576 A CN101913576 A CN 101913576A CN 201010251304 CN201010251304 CN 201010251304 CN 201010251304 A CN201010251304 A CN 201010251304A CN 101913576 A CN101913576 A CN 101913576A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- boron nitride
- surface area
- specific surface
- powder
- preparation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明涉及一种高比表面积超薄氮化硼纳米片材料的制备方法。将氧化硼,锌、铁或镍与盐酸肼、氯化铵或溴化铵在高温反应釜中温和温度下反应制备得到厚度为2~6nm的氮化硼超薄纳米片。由于氮化硼超薄纳米片的高的热稳定性,高比表面积(226m2/g)以及较大的孔容(0.405cm3/g),可应用于催化剂载体等方面。
Description
技术领域
本发明属于制备高比表面积超薄氮化硼纳米片(BNNSs)材料的领域,尤其涉及一种利用固相反应在较为温和的温度下合成具有高比表面积超薄氮化硼纳米材料的方法。
背景技术
最近几年,石墨烯由于其独特的物理及化学性质与潜在的应用前景引起了人们广泛的研究兴趣,是材料科学研究领域中的明星。其优越的电子传输性能可能会引起电子器件领域的革新,参见Nature 2006,444,347。另外,20nm以下的多层碳纳米片(纳米带或纳米片)由于其很高的比表面积,尖锐的开口等优越的性能也引起了广泛的关注,参见Adv.Mater.,2002,14,64-67。
氮化硼与碳的结构相近。与金刚石和石墨类似(2H,3R),氮化硼材料也有层状结构(h-BN,r-BN)和立方结构(c-BN)。即便h-BN和石墨的结构和晶胞参数比较接近,但其电子性能完全不一样。同导电能力强的石墨相比,氮化硼是典型的绝缘体或者带宽较宽的半导体。另一方面,氮化硼的化学稳定性和热稳定性要比碳强。计算结果表明单层氮化硼材料具有独特的电学,磁学和机械性能。这就使超薄氮化硼或氮化硼片可以作为碳材料的有效补充。
单壁或多壁氮化硼纳米管可以应用在诸多领域中,例如,导热和绝缘高分子复合材料的填料,参见Adv.Func.Mater.2009,19,1857。因而,有理由认为暴露(002)晶面的单层或多层氮化硼纳米片状材料可以在诸多领域有新颖的应用前景。最近超薄的纳米片填充物可以提高聚合物的导热和机械性能,参见Adv.Mater.2009,21,2889。硅基片上垂直交联的BNNS(>20nm)显示出超疏水性能,其在自洁净涂层领域有潜在的应用价值(ACS Nano.ASAP)。
有机溶剂中剥离,机械剥离,化学气相沉积等方法被用来制备单层和多层的氮化硼超薄材料。但由于制备方法的限制,所得产物的量较少(目前一般<5~10mg),难以得到较多的量,限制了BNNSs的应用。因而制备克级范围超薄氮化硼材料制备新方法可以在一定程度上推动BNNS的应用研究。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供一种固相反应温和温度制备高比表面积超薄氮化硼纳米片的方法。
术语说明:BNNSs的含义是指超薄氮化硼纳米片,是本领域常用的英文简写。
本发明的技术方案如下:
一种高比表面积超薄氮化硼纳米片的制备方法,是将氧化硼,锌、铁或镍与盐酸肼、氯化铵或溴化铵在温和温度下进行固相反应,步骤如下:
将氧化硼粉末,锌粉、铁粉或镍粉,盐酸肼、氯化铵或溴化铵按摩尔比1∶(2~4)∶(0.8~2.1)混合,密封在高压釜中,于450℃~600℃下反应2小时~20小时;产物酸洗3~5遍,然后水洗,常规离心分离、干燥,获得厚度为2~6纳米、比表面积200~300平方米/克的氮化硼纳米片。
进一步优选的技术方案之一:
一种高比表面积超薄氮化硼纳米片的制备方法,将氧化硼粉末、锌粉或铁粉与盐酸肼或氯化铵按摩尔比1∶(2.5~3.5)∶(1~1.5)混合,密封在高压釜中,于450℃~550℃下反应5~16小时;
更为优选的技术方案如下:
一种高比表面积超薄氮化硼纳米片的制备方法,将氧化硼粉末、锌粉和盐酸肼按摩尔比摩尔比1∶3.25∶1.25混合,密封在高压釜中,于450℃~500℃下反应6~14小时。
产物酸洗3~5遍,然后水洗,常规离心分离、干燥,获得厚度为2~6纳米、比表面积约226平方米/克的氮化硼纳米片。
本发明上述利用固相反应温和温度制备高比表面积超薄氮化硼纳米片的方法具有较高的热稳定性(<800℃),所得氮化硼纳米片有较高的比表面积(平均可达220m2/g)以及较大的孔容(>0.400cm3/g)。调节反应物的比例可以提高所得氮化硼纳米片的比表面积,但不影响产物形貌。
与现有技术相比,本发明在较为温和的温度下合成了高比表面积的超薄氮化硼纳米片。其反应温度较现有技术中常用的碳热等方法要低,反应条件温和,可得克级超薄氮化硼纳米片。所得产物比表面积相对较高,可以在诸多领域有潜在的应用价值。
本发明是在克级范围制备BNNSs的简便方法,在反应釜中于温和温度下反应制备得到厚度为2~6nm的氮化硼超薄纳米片。由于氮化硼超薄纳米片的高的热稳定性,高比表面积以及较大的孔容,可应用于催化剂载体等领域。
附图说明
图1是采用本发明实施例1制备得到的超薄BN纳米片的X光衍射谱(XRD)。
图2是采用本发明实施例1制备得到的超薄BN的傅立叶变换红外光谱(FT-IR)。
图3是采用本发明实施例1制备得到的超薄BN纳米片的透射电子显微镜照片(TEM)。
图4是采用本发明实施例1制备得到的制备的超薄BN纳米片的热重曲线(TGA)。
图5是采用本发明实施例1制备得到超薄BN纳米片的氮气吸附脱附等温曲线及孔径分布曲线。
图6是采用本发明实施例2制备得到超薄BN纳米片的XRD谱图。
图7是采用本发明实施例3制备得到超薄BN纳米片的透射电镜照片。
具体实施方式
实施例中使用的测定仪器如下:
红外光谱仪,FT IR,VERTEX-70,分辨率4cm-1,累积20次,样品经KBr压片;
X射线粉末衍射仪,XRD,Bruker D8 advanced,加速电压40kV,电流120mA,范围10°~80°,步长0.04°;
透射电镜,TEM,Hitachi H-7000;
高分辨透射电镜HRTEM,JEOL-2100,200kV;
热重分析仪,American TA SDT Q600;
比表面积及孔分布仪,NAVA 2000e,在77K进行氮气吸附脱附分析。
实施例1:
在典型的合成过程中,将20mmol B2O3,130mmol锌粉和50mmol N2H4·2HCl混合均匀并置于20mL的反应釜中。将反应釜密封,在电炉中以10℃/min的升温速率从室温升到500℃,并在500℃保持12h,然后自然冷却,初产物经过稀释的盐酸隔夜处理以除去副产物。然后过滤并在80℃下干燥。产品约0.33g。
采用红外光谱仪,X射线粉末衍射仪,透射电镜(TEM,Hitachi H-7000),高分辨透射电镜(HRTEM,JEOL-2100,200kV),热重分析仪,比表面积及孔分布仪(NAVA2000e)在77K进行氮气吸附脱附分析。
所得样品首先经粉末衍射表征,如图1,在26.24(3.394)和42.08°(2.145)两处有明显的衍射峰,与h-BN的(002)和(10)面的衍射对应(JCPDS No.34-0421)。但如图中虚线所示,(002)衍射峰向低角度偏移说明其面间距变大。但在粉末衍射图谱中没有观察到任何其它晶态物质的衍射峰。
FTIR是检测表征氮化硼结构信息的一种有效手段。图2所示在1384及799cm-1两处的强峰分别可以归属为B-N键的面内伸缩振动与B-N-B键的面外弯曲振动。但相对于结晶良好h-BN,其在815~819cm-1的振动蓝移到799cm-1,这是由于层间距的变大导致的。而位于3395和3168cm-1处的峰可以归属于H-N-H集团的伸缩振动。这种集团或者缺陷可以使之可以通过共价键合油酸等有机集团实现功能化。
透射电镜表明大面积的氮化硼纳米片的存在(>80%)。与碳/氮化硼的纳米带或纳米片相似,这些二维超薄纳米结构都会发生弯曲或卷曲。高分辨透射电镜表明其为6~20层厚,约在2~6nm(图3)。
氮化硼是一种催化高温反应的潜在载体。为研究所得氮化硼材料的热稳定性,测试了其在空气中的TGA曲线。结果表明所得样品在其850℃以下依然是稳定的。其后的热增重可以归属为氮化硼的氧化(图4)。
进一步经氮气吸附脱附实验表征。其氮气吸附脱附等温曲线如图5所示。根据BET法可得其比表面积为226m2/g。根据DFT方法,孔径尺寸主要在3.9nm,其总孔容为0.405cm3/g.。
与已有的报道的氮化硼材料比表面积对比如下:
以上分析证实了本发明获得的产品是高比表面积氮化硼超薄纳米片材料。
实施例2:
如实施例1所述,所不同的是:
将40mmol B2O3,200mmol锌粉和50mmol N2H4·2HCl混合均匀并置于20mL的反应釜中,500℃反应6h,干燥得产品1g。所得XRD如图6所示。
实施例3:
如实施例1所述,所不同的是将Zn用等摩尔的镁粉代替,所得产物主要为10nm以上的薄片。如图7所示。
Claims (3)
1.一种超薄氮化硼纳米片的制备方法,是将氧化硼,锌、铁或镍与盐酸肼、氯化铵或溴化铵在温和温度下进行固相反应,步骤如下:
将氧化硼粉末,锌粉、铁粉或镍粉,盐酸肼、氯化铵或溴化铵中的一种按摩尔比1∶(2~4)∶(0.8~2.1)混合,密封在高压釜中,于450℃~600℃下反应2~20小时;产物酸洗3~5遍,然后水洗,常规离心分离、干燥,获得厚度为2~6纳米、比表面积200~300平米/克的氮化硼纳米片。
2.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于将氧化硼粉末、锌粉或铁粉与盐酸肼或氯化铵按摩尔比1∶(2.5~3.5)∶(1~1.5)混合,密封在高压釜中,于450℃~550℃下反应5~16小时。
3.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于将氧化硼粉末、锌粉和盐酸肼按摩尔比摩尔比1∶3.25∶1.25混合,密封在高压釜中,于450℃~500℃下反应6~14小时。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN2010102513047A CN101913576B (zh) | 2010-08-12 | 2010-08-12 | 一种高比表面积超薄氮化硼纳米片的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN2010102513047A CN101913576B (zh) | 2010-08-12 | 2010-08-12 | 一种高比表面积超薄氮化硼纳米片的制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN101913576A true CN101913576A (zh) | 2010-12-15 |
CN101913576B CN101913576B (zh) | 2012-01-04 |
Family
ID=43321261
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN2010102513047A Expired - Fee Related CN101913576B (zh) | 2010-08-12 | 2010-08-12 | 一种高比表面积超薄氮化硼纳米片的制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN101913576B (zh) |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102875158A (zh) * | 2012-09-24 | 2013-01-16 | 武汉理工大学 | 一种定向生长八面体爆炸相氮化硼多晶粉的制备方法 |
CN102976295A (zh) * | 2012-12-27 | 2013-03-20 | 山东大学 | 一种利用熔融碱制备二维六方氮化硼纳米片的方法 |
CN104591106A (zh) * | 2014-12-10 | 2015-05-06 | 汕头大学 | 一种氮化硼纳米片的制备方法及以其为载体的催化剂 |
CN104860273A (zh) * | 2015-03-25 | 2015-08-26 | 孙旭阳 | 利用熔融态反应床制备二维六方氮化硼的方法 |
CN106829888A (zh) * | 2015-12-04 | 2017-06-13 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 氮化硼纳米片粉体及其宏量制备方法 |
CN108423647A (zh) * | 2017-02-13 | 2018-08-21 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 化学气相沉积法制备宏量六方氮化硼粉体的方法 |
US10236122B2 (en) | 2013-11-27 | 2019-03-19 | The Board Of Trustees Of Northern Illinois University | Boron nitride and method of producing boron nitride |
CN109704770A (zh) * | 2019-01-29 | 2019-05-03 | 齐鲁工业大学 | 添加镍包覆六方氮化硼纳米片复合粉体的自润滑陶瓷刀具材料及其制备方法 |
JP2019524612A (ja) * | 2016-07-22 | 2019-09-05 | 中国科学院蘇州納米技術与納米▲ファン▼生研究所 | 窒化ホウ素ナノ材料、その製造方法及び応用 |
CN112403502A (zh) * | 2020-10-26 | 2021-02-26 | 厦门大学 | 一种稳定六方氮化硼(h-BN)高比表面积的方法及其应用 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004161546A (ja) * | 2002-11-13 | 2004-06-10 | National Institute For Materials Science | 窒化ホウ素前駆物質の形成方法と窒化ホウ素前駆物質を利用した窒化ホウ素ナノチューブの製造方法 |
CN1613751A (zh) * | 2004-11-11 | 2005-05-11 | 北京科技大学 | 一种球磨水热合成氮化硼的方法 |
CN101734631A (zh) * | 2009-12-18 | 2010-06-16 | 山东大学 | 一种合成立方氮化硼的低温固态反应方法 |
CN101789300A (zh) * | 2010-02-09 | 2010-07-28 | 武汉工程大学 | 纳米铁颗粒填充的氮化硼纳米管的制备工艺 |
-
2010
- 2010-08-12 CN CN2010102513047A patent/CN101913576B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004161546A (ja) * | 2002-11-13 | 2004-06-10 | National Institute For Materials Science | 窒化ホウ素前駆物質の形成方法と窒化ホウ素前駆物質を利用した窒化ホウ素ナノチューブの製造方法 |
CN1613751A (zh) * | 2004-11-11 | 2005-05-11 | 北京科技大学 | 一种球磨水热合成氮化硼的方法 |
CN101734631A (zh) * | 2009-12-18 | 2010-06-16 | 山东大学 | 一种合成立方氮化硼的低温固态反应方法 |
CN101789300A (zh) * | 2010-02-09 | 2010-07-28 | 武汉工程大学 | 纳米铁颗粒填充的氮化硼纳米管的制备工艺 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
《Journal of Materials Chemistry》 20090211 Liancheng Wang et al. A general route for the convenient synthesis of crystalline hexagonal boron nitride micromesh at mild temperature 第1989-1994页 1-3 , 第19期 2 * |
Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102875158A (zh) * | 2012-09-24 | 2013-01-16 | 武汉理工大学 | 一种定向生长八面体爆炸相氮化硼多晶粉的制备方法 |
CN102976295A (zh) * | 2012-12-27 | 2013-03-20 | 山东大学 | 一种利用熔融碱制备二维六方氮化硼纳米片的方法 |
CN102976295B (zh) * | 2012-12-27 | 2014-07-23 | 山东大学 | 一种利用熔融碱制备二维六方氮化硼纳米片的方法 |
US10236122B2 (en) | 2013-11-27 | 2019-03-19 | The Board Of Trustees Of Northern Illinois University | Boron nitride and method of producing boron nitride |
US10892094B2 (en) | 2013-11-27 | 2021-01-12 | Board Of Trustees Of Northern Illinois University | Boron nitride and method of producing boron nitride |
CN104591106A (zh) * | 2014-12-10 | 2015-05-06 | 汕头大学 | 一种氮化硼纳米片的制备方法及以其为载体的催化剂 |
CN104591106B (zh) * | 2014-12-10 | 2016-09-07 | 汕头大学 | 一种氮化硼纳米片的制备方法及以其为载体的催化剂 |
CN104860273B (zh) * | 2015-03-25 | 2017-03-29 | 孙旭阳 | 利用熔融态反应床制备二维六方氮化硼的方法 |
CN104860273A (zh) * | 2015-03-25 | 2015-08-26 | 孙旭阳 | 利用熔融态反应床制备二维六方氮化硼的方法 |
CN106829888A (zh) * | 2015-12-04 | 2017-06-13 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 氮化硼纳米片粉体及其宏量制备方法 |
JP2019524612A (ja) * | 2016-07-22 | 2019-09-05 | 中国科学院蘇州納米技術与納米▲ファン▼生研究所 | 窒化ホウ素ナノ材料、その製造方法及び応用 |
CN108423647A (zh) * | 2017-02-13 | 2018-08-21 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 化学气相沉积法制备宏量六方氮化硼粉体的方法 |
CN109704770A (zh) * | 2019-01-29 | 2019-05-03 | 齐鲁工业大学 | 添加镍包覆六方氮化硼纳米片复合粉体的自润滑陶瓷刀具材料及其制备方法 |
CN109704770B (zh) * | 2019-01-29 | 2021-10-22 | 齐鲁工业大学 | 添加镍包覆六方氮化硼纳米片复合粉体的自润滑陶瓷刀具材料及其制备方法 |
CN112403502A (zh) * | 2020-10-26 | 2021-02-26 | 厦门大学 | 一种稳定六方氮化硼(h-BN)高比表面积的方法及其应用 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN101913576B (zh) | 2012-01-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101913576B (zh) | 一种高比表面积超薄氮化硼纳米片的制备方法 | |
Sivakumar et al. | Controllable synthesis of nanohorn-like architectured cobalt oxide for hybrid supercapacitor application | |
Shen et al. | One step hydrothermal synthesis of TiO 2-reduced graphene oxide sheets | |
Yang et al. | P-doped nanomesh graphene with high-surface-area as an efficient metal-free catalyst for aerobic oxidative coupling of amines | |
Zhao et al. | Colloidal synthesis of VSe 2 single-layer nanosheets as novel electrocatalysts for the hydrogen evolution reaction | |
CN101774570B (zh) | 一种石墨炔薄膜及其制备方法与应用 | |
Yang et al. | Hydrothermal synthesis of nickel hydroxide nanostructures in mixed solvents of water and alcohol | |
Wen et al. | Synthesis of micro-sized titanium dioxide nanosheets wholly exposed with high-energy {001} and {100} facets | |
Angizi et al. | Two-dimensional boron carbon nitride: a comprehensive review | |
Xiong et al. | Controllable synthesis of mesoporous Co3O4 nanostructures with tunable morphology for application in supercapacitors | |
Xu et al. | Microwave-assisted synthesis of graphene/CoMoO4 nanocomposites with enhanced supercapacitor performance | |
Bao et al. | Novel porous anatase TiO2 nanorods and their high lithium electroactivity | |
Shi et al. | NaNbO 3 nanostructures: facile synthesis, characterization, and their photocatalytic properties | |
Tian et al. | Facile molten salt synthesis of atomically thin boron nitride nanosheets and their co-catalytic effect on the performance of carbon nitride photocatalyst | |
CN102701192B (zh) | 一种单层MoS2与石墨烯复合纳米材料的制备方法 | |
Aydın | Synthesis of SnO2: rGO nanocomposites by the microwave-assisted hydrothermal method and change of the morphology, structural, optical and electrical properties | |
Tian et al. | Synthesis and characterization of α-cobalt hydroxide nanobelts | |
Jana et al. | Co-production of graphene sheets and hydrogen by decomposition of methane using cobalt based catalysts | |
Zhang et al. | A facile synthesis of Co3O4 nanoflakes: magnetic and catalytic properties | |
Wang et al. | Structure and catalytic property of Li–Al metal oxides from layered double hydroxide precursors prepared via a facile solution route | |
Gao et al. | Preparation of layered Si materials as anode for lithium-ion batteries | |
Xie et al. | Graphite oxide-assisted sonochemical preparation of α-Bi 2 O 3 nanosheets and their high-efficiency visible light photocatalytic activity | |
Zhu et al. | A simple route to lanthanum hydroxide nanorods | |
Fu et al. | Anion de/intercalation in nickel hydroxychloride microspheres: a mechanistic study of structural impact on energy storage performance of multianion-containing layered materials | |
Ren et al. | Preparation and electrochemical properties of V 2 O 5 submicron-belts synthesized by a sol–gel H 2 O 2 route |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20120104 Termination date: 20150812 |
|
EXPY | Termination of patent right or utility model |