CN107215852A - 一种利用石墨烯和氮化硼纳米片制备硼碳氮纳米片的方法 - Google Patents

一种利用石墨烯和氮化硼纳米片制备硼碳氮纳米片的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107215852A
CN107215852A CN201710490850.8A CN201710490850A CN107215852A CN 107215852 A CN107215852 A CN 107215852A CN 201710490850 A CN201710490850 A CN 201710490850A CN 107215852 A CN107215852 A CN 107215852A
Authority
CN
China
Prior art keywords
nanometer sheet
carbon nitrogen
graphene
boron
nitrogen nanometer
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.)
Pending
Application number
CN201710490850.8A
Other languages
English (en)
Inventor
郝霄鹏
马福坤
吴拥中
邵永亮
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shandong University
Original Assignee
Shandong University
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shandong University filed Critical Shandong University
Priority to CN201710490850.8A priority Critical patent/CN107215852A/zh
Publication of CN107215852A publication Critical patent/CN107215852A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
    • C01B21/082—Compounds containing nitrogen and non-metals and optionally metals
    • C01B21/0828—Carbonitrides or oxycarbonitrides of metals, boron or silicon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/80—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70
    • C01P2002/82—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70 by IR- or Raman-data
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
    • C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
    • C01P2004/04—Particle morphology depicted by an image obtained by TEM, STEM, STM or AFM

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

一种利用石墨烯和氮化硼纳米片制备硼碳氮纳米片的方法，包括以下步骤：(1)将石墨烯和BNNSs按比例混合均匀，形成混合物；(2)将混合物在气氛保护或者真空环境下，800℃～1200℃反应0.5～12小时；(3)待反应产物冷却至室温，在空气中400℃～600℃煅烧4～8小时，待煅烧产物冷却至室温后，清洗干燥处理，即得到硼碳氮纳米片。该方法以石墨烯和BNNSs作为原料经煅烧制备硼碳氮纳米片，原料廉价易得，反应条件方便可控，需要的设备比较简单，产物中碳元素含量可控，易于实现低成本大批量生产，制备程序简单，有利于提高产率，降低成本，对环境友好，可以从根本上消除对环境的污染和毒害，有利于环境保护。

Description

一种利用石墨烯和氮化硼纳米片制备硼碳氮纳米片的方法
技术领域
本发明涉及一种利用石墨烯和氮化硼纳米片作为原料制备硼碳氮(BCN)纳米片的方法，属于BCN纳米材料制备技术领域。
背景技术
近年来，各种各样的碳(C)材料受到人们的广泛关注。除了零维的富勒烯和一维的碳纳米管以外，二维结构的石墨烯也是人们的研究重点。石墨烯不仅因其自身结构和性能的优点实现了在很多领域的应用，而且引发了研究其它二维材料的热潮。六方氮化硼(小时～BN)同样作为一种二维层状材料，也越来越受到人们的关注。虽然小时～BN和石墨具有类似的结构，并有“白石墨”的称号，但是小时～BN和石墨的物理化学性能差异很大。例如，石墨烯通常被认为是一种零带隙半导体，而小时～BN则是一种绝缘体。正因为拥有相似的结构，可以通过向石墨烯中掺杂B、N原子，或者向BN纳米片中掺杂C原子来实现材料的改性，得到性能优异的BCN材料。BCN纳米片的性质可以通过调节纳米片中B、C和N元素的比例进行调控。因此，BCN纳米结构具有非常广阔的应用前景。
从目前的研究成果可以看出，BCN纳米片的制备方法主要有两种：一种是采用化学气相沉积的方法(L.Ci,L.Song,C.Jin,D.Jariwala,D.Wu,Y.Li,A.Srivastava,Z.F.Wang,K.Storr,L.Balicas,F.Liu and P.M.Ajayan,Nat.Mater.,2010,9,430.)，另一种是采用硼源、碳源和氮源等进行固相合成(小时uang C,C小时en C,Z小时ang M,et al.Carbon～doped BN nanos小时eets for metal～free p小时otoredox catalysis[J].Naturecommunications,2015,6:7698)。
到目前为止，所有制备方法均无法实现BCN纳米片的大量制备，并且无论是化学气相沉积还是固相合成均需要非常高的实验温度(＞1000℃)，实验过程难以控制。
发明内容
针对现有硼碳氮纳米片制备技术存在的上述问题，本发明提出一种对环境无毒，反应条件温和，制备产率高的利用石墨烯和氮化硼纳米片制备硼碳氮纳米片的方法。
本发明的利用石墨烯和氮化硼纳米片制备硼碳氮纳米片的方法，包括以下步骤：
(1)将石墨烯和BNNSs按摩尔百分比为1～99％：99～1％的比例混合均匀，形成混合物；
(2)将混合物在气氛保护或者真空环境下，800℃～1200℃反应0.5～12小时。
(3)待反应产物冷却至室温，在空气中400℃～600℃煅烧4～8小时，待煅烧产物冷却至室温后，清洗干燥处理，即得到硼碳氮纳米片。
步骤(1)中的石墨烯和BNNSs来源不限于商业生产的二维片层，还包含采用球磨、超声剥离和化学处理等方法剥离的鳞片石墨、膨胀石墨和h-BN粉末等。
步骤(2)中的气氛保护环境是在氮气或氩气等保护环境。
步骤(2)中的真空环境是相对压力-0.1MPa至-0.001Mpa的真空环境。
步骤(2)中的升温速度为5℃/分钟～10℃/分钟。
步骤(3)中的升温速度为5℃/分钟～10℃/分钟。
本发明的方法以石墨烯和BNNSs作为原料经煅烧制备BCN纳米片，原料廉价易得，反应条件方便可控，需要的设备比较简单，产物中碳元素含量可控，易于实现低成本大批量生产。具有如下优点：
1.成本低。所用原料为石墨烯和BNNSs或者上块体石墨和氮化硼，制备程序简单，有利于提高产率，降低成本。
2、反应条件温和。反应过程中的各种参数(温度、压力、比例等)易于控制，能够更容易研究反应机理，找出最关键的影响因素，尽快稳定工艺条件。
3、对环境友好，可以从根本上消除对环境的污染和毒害，有利于环境保护。
附图说明
图1是本发明制备的BCN纳米片的扫描电镜图片。
图2是本发明制备的BCN纳米片的透射电镜图片。
图3是本发明制备的BCN纳米片的原子力显微镜照片。
图4是本发明制备的BCN纳米片的红外光谱。
具体实施方式
实施例1
(1)称量石墨烯0.1g，BNNSs 0.1g，两者摩尔百分比为50％:50％。共同放入研钵中，研磨均匀。
(2)将混合均匀的混合物转移至陶瓷舟中，并放入管式炉内。在氮气气氛保护下，以5℃/min的升温速度升至800℃，并保温2小时。
(3)待温度降至室温后，将产物取出并放入马弗炉中，设置500℃，升温速率为5℃/min并保温6小时。
(4)待产物冷却至室温后，将产物用乙醇清洗干净并干燥处理，即可得到BCN纳米片。
本实施例制备的BCN纳米片的扫描电镜图片如图1所示，透射电镜图片如图2所示，原子力显微镜如图3所示，BCN纳米片与BN纳米片的红外光谱对比如图4所示。
实施例2
如实施例1所述，不同之处在于：步骤(1)中石墨烯0.01g，BNNSs 0.99g。两者摩尔百分比为1％：99％。
实施例3
如实施例1所述，不同之处在于：步骤(1)中石墨烯0.99g，BNNSs 0.01g。两者摩尔百分比为99％：1％。
实施例4
如实施例1所述，不同之处在于：步骤(2)中升温速率设置为10℃/min。
实施例5
如实施例1所述，不同之处在于：步骤(2)中温度设置为1000℃。
800℃～1200℃反应0.5～12小时。
实施例6
如实施例1所述，不同之处在于：步骤(2)中温度设置为1200℃。
实施例7
如实施例1所述，不同之处在于：步骤(2)中氮气气氛保护换为氩气气氛保护。
实施例8
如实施例1所述，不同之处在于：步骤(2)中氮气气氛保护换为相对压力-0.01Mpa的真空条件。
实施例9
如实施例1所述，不同之处在于：步骤(2)中氮气气氛保护换为相对压力-0.1Mpa的真空条件。
实施例10
如实施例1所述，不同之处在于：步骤(2)中氮气气氛保护换为相对压力-0.001Mpa的真空条件。
实施例11
如实施例1所述，不同之处在于：步骤(2)中保温时间设为0.5小时。
实施例12
如实施例1所述，不同之处在于：步骤(2)中保温时间设为12小时。
实施例13
如实施例1所述，不同之处在于：步骤(3)中温度设为400℃。
实施例14
如实施例1所述，不同之处在于：步骤(3)中温度设为600℃。
实施例15
如实施例1所述，不同之处在于：步骤(3)中保温时间设为4小时。
实施例16
如实施例1所述，不同之处在于：步骤(3)中保温时间设为6小时。
实施例17
(1)称量鳞片石墨0.5g，h-BN粉末0.5g，两者摩尔百分比为50％：50％。然后共同加入球磨罐中，球磨处理得到混合均匀的石墨烯和BN纳米片混合物。
(2)将石墨烯和BN纳米片混合物转移至陶瓷舟中，并放入管式炉内。在氩气气氛保护下，以8℃/min的升温速度升至1000℃，并保温6小时。
(3)待温度降至室温后，将产物去除气氛保护，并继续在管式炉中高温煅烧，设置升温速率为7℃/min，并在500℃保温6小时。
(4)待产物冷却至室温后，将产物用去离子水清洗干净并干燥处理，即可得到BCN纳米片。
实施例18
如实施例17所述，不同之处在于：步骤(1)中的鳞片石墨换为膨胀石墨。
实施例19
(1)称量鳞片石墨0.1g，h-BN粉末0.1g，两者摩尔百分比为50％：50％。然后共同加入去离子水中，超声处理得到混合均匀的石墨烯和BN纳米片混合物。
(2)将石墨烯和BN纳米片混合物转移至陶瓷舟中，并放入管式炉内。在真空环境下，以10℃/min的升温速度升至1200℃，并保温12小时。
(3)待温度降至室温后，将产物暴露在空气中，并继续在管式炉中高温煅烧，设置升温速率为10℃/min，并在600℃保温8小时。
(4)待产物冷却至室温后，将产物用去离子水清洗干净并干燥处理，即可得到BCN纳米片。
实施例20
如实施例19所述，不同之处在于：步骤(1)中的鳞片石墨换为膨胀石墨。

Claims (5)

1.一种利用石墨烯和氮化硼纳米片制备硼碳氮纳米片的方法，其特征是，包括以下步骤：
(1)将石墨烯和BNNSs按摩尔百分比为1～99％：99～1％的比例混合均匀，形成混合物；
(2)将混合物在气氛保护或者真空环境下，800℃～1200℃反应0.5～12小时。
(3)待反应产物冷却至室温，在空气中400℃～600℃煅烧4～8小时，待煅烧产物冷却至室温后，清洗干燥处理，即得到硼碳氮纳米片。
2.根据权利要求1所述的利用石墨烯和氮化硼纳米片制备硼碳氮纳米片的方法，其特征是，所述步骤(2)中的气氛保护是指氮气或氩气保护。
3.根据权利要求1所述的利用石墨烯和氮化硼纳米片制备硼碳氮纳米片的方法，其特征是，步骤(2)中的真空环境是相对压力-0.1MPa至-0.001Mpa的真空环境。
4.根据权利要求1所述的利用石墨烯和氮化硼纳米片制备硼碳氮纳米片的方法，其特征是，步骤(2)中的升温速度为5℃/分钟～10℃/分钟。
5.根据权利要求1所述的利用石墨烯和氮化硼纳米片制备硼碳氮纳米片的方法，其特征是，步骤(3)中的升温速度为5℃/分钟～10℃/分钟。
CN201710490850.8A 2017-06-22 2017-06-22 一种利用石墨烯和氮化硼纳米片制备硼碳氮纳米片的方法 Pending CN107215852A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710490850.8A CN107215852A (zh) 2017-06-22 2017-06-22 一种利用石墨烯和氮化硼纳米片制备硼碳氮纳米片的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710490850.8A CN107215852A (zh) 2017-06-22 2017-06-22 一种利用石墨烯和氮化硼纳米片制备硼碳氮纳米片的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107215852A true CN107215852A (zh) 2017-09-29

Family

ID=59950834

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710490850.8A Pending CN107215852A (zh) 2017-06-22 2017-06-22 一种利用石墨烯和氮化硼纳米片制备硼碳氮纳米片的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107215852A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111115649A (zh) * 2018-11-01 2020-05-08 国家纳米科学中心 一种bcn纳米片的制备方法、由其制备得到的bcn纳米片及其用途
CN111470515A (zh) * 2020-05-12 2020-07-31 江苏冠军科技集团股份有限公司 一种石墨烯-硼碳纳米片及其应用、掺杂石墨烯-硼碳纳米片防腐涂料及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103979975A (zh) * 2014-05-13 2014-08-13 上海交通大学 一种多层类异质结结构三元硼碳氮功能材料的合成方法
CN105880629A (zh) * 2016-05-24 2016-08-24 江苏大学 一种硼碳氮纳米片负载金属纳米粒子杂化材料的制备方法
CN106430128A (zh) * 2016-09-26 2017-02-22 福州大学 一种超薄硼碳氮纳米片的合成方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103979975A (zh) * 2014-05-13 2014-08-13 上海交通大学 一种多层类异质结结构三元硼碳氮功能材料的合成方法
CN105880629A (zh) * 2016-05-24 2016-08-24 江苏大学 一种硼碳氮纳米片负载金属纳米粒子杂化材料的制备方法
CN106430128A (zh) * 2016-09-26 2017-02-22 福州大学 一种超薄硼碳氮纳米片的合成方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
FUKUN MA等: "‘Thermal substitution’ for preparing ternary BCN nanosheets with enhanced and controllable nonlinear optical performance", 《JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY C》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111115649A (zh) * 2018-11-01 2020-05-08 国家纳米科学中心 一种bcn纳米片的制备方法、由其制备得到的bcn纳米片及其用途
CN111115649B (zh) * 2018-11-01 2021-12-03 国家纳米科学中心 一种bcn纳米片的制备方法、由其制备得到的bcn纳米片及其用途
CN111470515A (zh) * 2020-05-12 2020-07-31 江苏冠军科技集团股份有限公司 一种石墨烯-硼碳纳米片及其应用、掺杂石墨烯-硼碳纳米片防腐涂料及其制备方法
CN111470515B (zh) * 2020-05-12 2021-09-10 江苏冠军科技集团股份有限公司 一种石墨烯-硼碳纳米片及其应用、掺杂石墨烯-硼碳纳米片防腐涂料及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lu et al. Growth of SiC nanorods at low temperature
CN107082408A (zh) 一种利用冷冻干燥处理制备多孔硼碳氮纳米片的方法
CN111454061B (zh) 一种聚碳硅烷不熔化预处理及其裂解转化三维陶瓷方法
Hao et al. Synthesis of cubic boron nitride at low-temperature and low-pressure conditions
De Souza et al. Rice hull-derived silica: applications in Portland cement and mullite whiskers
He et al. Synthesis of ZrB2-SiC nanocomposite powder via polymeric precursor route
CN106006644A (zh) 一种制备纳米碳化硼粉末的方法
CN109368605B (zh) 一种碲纳米线材料的制备方法、碲纳米线材料及装置
CN110125385A (zh) 一种基于原位合成的石墨烯铜基复合材料的制备方法
CN106588018B (zh) 一种超高温碳化铪陶瓷纳米粉体的制备方法
CN105836730A (zh) 一种石墨材料表面原位自生碳纳米管的方法
Iyer et al. A Sucrose‐Mediated Sol–Gel Technique for the Synthesis of MgO–Y 2 O 3 Nanocomposites
CN103787288A (zh) 一种氮化硼烯纳米片的制备方法
CN105755541A (zh) 一种利用微波诱发燃烧合成反应合成氧化锌晶须的方法
CN101525134B (zh) 一种用废塑料低温制备立方碳化硅超细粉的方法
CN107215852A (zh) 一种利用石墨烯和氮化硼纳米片制备硼碳氮纳米片的方法
Yang et al. Controlled Al-doped single-crystalline silicon nitride nanowires synthesized via pyrolysis of polymer precursors
Zhang et al. Transparent mullite ceramic from single-phase gel by spark plasma sintering
Sabaghi et al. Ultrasonic-assisted preparation of AlON from alumina/carbon core-shell nanoparticle
Xiang et al. Hydrothermal‐carbothermal synthesis of highly sinterable AlN nanopowders
Chen et al. Synthesis of highly sinterable YAG nanopowders by a modified co-precipitation method
CN105523528A (zh) 使用共融盐高温剥离氮化硼粉末制备氮化硼纳米片的方法
Ahlawat Influence of multi-step annealing on nanostructure and surface morphology of Y2O3: SiO2 powder
Guo et al. Preparation of SiC/Si3N4 composites with rod-like microstructure by combustion synthesis
Yang et al. Liquid–solid–solution synthesis of ultrafine Gd2Zr2O7 nanoparticles with yield enhancement

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20170929

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication