CN103641130B - 一种利用氟化剥离制备氟化氮化硼纳米片的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种利用氟化剥离制备氟化氮化硼纳米片的方法，包括以下步骤：（1）将氟化物与六方氮化硼粉末按质量比1:10-20:1混合搅拌均匀，然后再按氟化物和六方氮化硼粉末总质量与去离子水1g-10.5g：20ml的比例，加入去离子水，混合均匀，制成混合物；（2）将步骤（1）制备的混合物转移到聚四氟乙烯内衬再放入高压釜中，在100-250℃反应1小时-72小时；（3）最后，将反应产物水洗至pH值6-8，再溶于无水乙醇中分离，除去未剥离的氮化硼粉末，即得到氟化氮化硼纳米片。本发明将氟化铵和六方氮化硼粉末一起反应，制备出氟化氮化硼纳米片，操作简单，成本低廉，不需要复杂昂贵的设备，有利于大规模生产。

Description

一种利用氟化剥离制备氟化氮化硼纳米片的方法
技术领域
本发明涉及一种通过氟化剥离制备氟化氮化硼纳米片的方法，属于晶体材料技术领域。
背景技术
近些年，随着新型二维纳米材料——石墨烯研究热潮的兴起，二维材料及其特殊的性质越来越受到人们的重视。六方氮化硼（h-BN）与石墨烯在结构上都是类似的层状结构，因此引起国内外许多科研小组的关注和兴趣。值得注意的是，h-BN和石墨烯相比，有许多特殊的性质；例如，宽带隙、高热导率、优异的抗氧化性等优异的物理和化学性能。h-BN在耐高温、深紫外发光器件及抗辐射等方面具有巨大的应用前景。但是，h-BN的层间具有较强的离子键作用，这样就会造成其层间的范德华力比石墨层间的大一些，使得剥离氮化硼的难度比剥离石墨的难度要大很多。
到目前为止，有关氮化硼纳米片的制备方法不是很多，主要有机械剥离法（Lu,H.Li.；Ying C.；Gavin,B.；Hong,Z.Z.；Mladen,P.；Alexey,M.G.J.Mater.Chem.2011,21,11862-11866.），液相剥离法（Lin,Y.；Williams,T.V.；Xu,T.-B.；Cao,W.；Elsayed-Ali,H.E.；Connell,J.W.J.Phys.Chem.C.2011,115,2679-2685.Zhi,C.；Bando,Y.；Tang,C.；Kuwahara,H.；Golberg,D.Adv.Mater.2009,21(28),2889-2893.），和化学气相沉积法（Yu，M.S.；Christoph Hamsen,Xiao,T.J.；Ki KangKim,Alfonso Reina,Mario Hofmann,Allen Long Hsu,Kai,Z.；He,N.L.；Juang,-Y.Z.；Mildred.S.Dresselhaus,Li,-J.L.；Kong,J.Nano Lett.2010,10(10),4134-4139.Kim,K.K.；Hsu,A.；Jia,X,；Kim,S.M.；Shi,Y.；Hofmann,M.；Nezich,D.；Rodriguez-Nieva,J.F.；Dresselhaus,M.；Palacios,T.；Kong,J.Nano Lett.2012,12(1),161-166.）。但是，上述方法有某些不足之处，限制了氮化硼纳米片研究的发展，也不利于其大规模生产。比如，机械剥离法产率很低；液相剥离法得到的氮化硼纳米片尺寸较小，后处理麻烦；气相沉积法设备条件苛刻，实验过程难以控制，毒性很大。目前，有关氟化氮化硼纳米片的报道主要还是以理论计算为主，制备方法及其性质的实验研究几乎是空白的。这主要是因为目前氮化硼纳米片的制备方法远不如石墨烯那样广泛而有效，而氟化氮化硼纳米片的制备方法更加有限，进而限制了它相关性质的研究。最近，有人通过两步法制备得到了氟化六方氮化硼纳米片，首先将氮化硼粉末分散在异丙醇中，在50℃下加热搅拌24小时，制得氮化硼纳米片。然后再把氮化硼纳米片与氟硼酸混合反应8小时，最终制得氟化氮化硼纳米片（Xue,Y.；Liu,Q.；He,G.；Xu,K.；Jiang,L.；Hu,X.；Hu,J.NanoscaleResearch letters.2013,8,49.）。但是，这种方法步骤较多，产率低，不利于大规模生产。
发明内容
针对现有氟化氮化硼纳米片（F-BNNSs）制备技术的不足，本发明提出一种操作简单、成本低的利用氟化剥离制备氟化氮化硼纳米片的方法。
本发明利用氟化剥离制备氟化氮化硼纳米片的方法，包括以下步骤：
（1）将氟化物与六方氮化硼粉末（h-BN）按质量比1:10-20:1混合搅拌均匀，然后再按氟化物和六方氮化硼粉末总质量与去离子水1g-10.5g：20ml的比例，加入去离子水，混合均匀，制成混合物；
（2）将步骤（1）制备的混合物转移到聚四氟乙烯内衬再放入高压釜中，在100-250℃反应1小时-72小时；
（3）最后，将反应产物水洗至pH值6-8，再溶于无水乙醇中分离，除去未剥离的氮化硼粉末，即得到氟化氮化硼纳米片（F-BNNSs）。
所述的氟化物是一种无机盐，例如氟化钠、氟化铵等。
本发明将氟化物和六方氮化硼粉末一起反应，一步制备出氟化氮化硼纳米片，操作简单，成本低廉，不需要复杂昂贵的设备，有利于大规模生产。
附图说明
图1是本发明制备的氟化氮化硼纳米片的扫描电镜照片。
图2是本发明制备的氟化氮化硼纳米片的透射电镜照片。
图3是本发明制备的氟化氮化硼纳米片的原子力显微镜照片及其厚度大小。上边图是氟化氮化硼纳米片的形貌图，下边图为氟化氮化硼纳米片的厚度尺寸。
图4是本发明制备的氟化氮化硼纳米片的B1s的XPS图谱。
图5是本发明制备的氟化氮化硼纳米片的N1s的XPS图谱。
图6是本发明制备的氟化氮化硼纳米片的F1s的XPS图谱。
具体实施方式
实施例1
（1）将2.5g氟化铵与0.5g六方氮化硼粉（氟化铵与六方氮化硼的质量比为5:1）混合搅拌均匀，然后再加入20ml去离子水，制成混合物；
（2）将混合物转移到聚四氟乙烯内衬再放入高压釜中，在180℃反应24小时；
（3）最后，将反应产物水洗至pH值6-8，再溶于无水乙醇中分离，除去未剥离的氮化硼粉末，即可得到氟化氮化硼纳米片。
图1给出了本实施例制备的氟化氮化硼纳米片的扫描电镜照片。
图2给出了本实施例制备的氟化氮化硼纳米片的透射电镜照片。
图3给出了本实施例制备的氟化氮化硼纳米片的原子力显微镜照片及其厚度大小。上图是氟化氮化硼纳米片的形貌图，下图为氟化氮化硼纳米片的厚度尺寸。
图4给出了本实施例制备的氟化氮化硼纳米片的B1s的XPS图谱。
图5给出了本实施例制备的氟化氮化硼纳米片的N1s的XPS图谱。
图6给出了本实施例制备的氟化氮化硼纳米片的F1s的XPS图谱。
实施例2
（1）将0.5g氟化钠与0.5g六方氮化硼粉（氟化钠与六方氮化硼的质量比为1:1）混合搅拌均匀，然后再加入20ml去离子水，制成混合物；
（2）将混合物转移到聚四氟乙烯内衬再放入高压釜中，在250℃反应1小时；
（3）最后，将反应产物水洗至pH值6-8，再溶于无水乙醇中分离，除去未剥离的氮化硼粉末，即可得到氟化氮化硼纳米片。
实施例3
（1）将0.5g氟化铵与5g六方氮化硼粉（氟化铵与六方氮化硼的质量比为1:10）混合搅拌均匀，然后再加入20ml去离子水，制成混合物；
（2）将混合物转移到聚四氟乙烯内衬再放入高压釜中，在100℃反应72小时；
（3）最后，将反应产物水洗至pH值6-8，再溶于无水乙醇中分离，除去未剥离的氮化硼粉末，即可得到氟化氮化硼纳米片。
实施例4
（1）将10g氟化钠与0.5g六方氮化硼粉（氟化钠与六方氮化硼的质量比为20:1）混合搅拌均匀，然后再加入20ml去离子水，制成混合物；
（2）将混合物转移到聚四氟乙烯内衬再放入高压釜中，在120℃反应60小时；
（3）最后，将反应产物水洗至pH值6-8，再溶于无水乙醇中分离，除去未剥离的氮化硼粉末，即可得到氟化氮化硼纳米片。
实施例5
（1）将0.5g氟化钠与2.5g六方氮化硼粉（氟化钠与六方氮化硼的质量比为1:5）混合搅拌均匀，然后再加入20ml去离子水，制成混合物；
（2）将混合物转移到聚四氟乙烯内衬再放入高压釜中，在150℃反应40小时；
（3）最后，将反应产物水洗至pH值6-8，再溶于无水乙醇中分离，除去未剥离的氮化硼粉末，即可得到氟化氮化硼纳米片。
实施例6
（1）将5g氟化铵与0.5g六方氮化硼粉（氟化铵与六方氮化硼的质量比为10:1）混合搅拌均匀，然后再加入20ml去离子水，制成混合物；
（2）将混合物转移到聚四氟乙烯内衬再放入高压釜中，在240℃反应10小时；
（3）最后，将反应产物水洗至pH值6-8，再溶于无水乙醇中分离，除去未剥离的氮化硼粉末，即可得到氟化氮化硼纳米片。

Claims (1)

1.一种利用氟化剥离制备氟化氮化硼纳米片的方法，其特征在于，包括以下步骤： 
（1）将氟化物与六方氮化硼粉末按质量比1:10-20:1混合搅拌均匀，然后再按氟化物和六方氮化硼粉末总质量与去离子水1g-10.5g：20mL的比例，加入去离子水，混合均匀，制成混合物； 
（2）将步骤（1）制备的混合物转移到聚四氟乙烯内衬再放入高压釜中，在100-250℃反应1小时-72小时； 
（3）最后，将反应产物水洗至pH值6-8，再溶于无水乙醇中分离，除去未剥离的氮化硼粉末，即得到氟化氮化硼纳米片。 
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