CN1208245C - 制备氮化硼纳米管的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制备氮化硼纳米管的方法。将化学纯的H3BO3、CO(NH2)2和Fe(NO3)3·9H2O或Co(NO3)2·6H2O或Ni(NO3)2·6H2O其中的一种一起溶解于去离子水中；然后在真空干燥箱中蒸发掉溶液中的水，得到混合的粉末；将混合粉末放入石英舟中，然后置于采用卧式炉中加热，石英管两端与大气相通，当温度升至1000-1300℃时，恒温60-90分钟；然后等到温度降至室温，取出石英舟，得到灰白色的粉末；用稀硝酸浸泡粉末，除去催化剂，得到白色的纯BN-NTs。本发明能在相对低的温度下，无需另外通入反应气体制备BN-NTs。该方法工艺简单，原料价格低廉，成本低，反应易于控制。

Description

制备氮化硼纳米管的方法
                         技术领域
本发明涉及了一种制备氮化硼纳米管(BN-NTs)的方法。
                         背景技术
自从发现了碳纳米管(C-NTs)之后，用同样具有六角结构的BN，BC3和BC2N制备纳米管的各种方法也陆续出现。理论计算表明BN-NTs的禁带宽度与纳米管的直径、螺旋性以及管壁的层数无关，这比电学性质随着纳米管的直径、螺旋性和管壁的层数等结构因素变化的C-NTs更具有优势，并且BN-NTs为稳定的结构，从而在纳米器件上有独特的应用前景。此外BN-NTs比C-NTs有更好的高温抗氧化性能，是良好的导热体和绝缘体。
采用等离子体电弧放电的方法最先合成了BN-NTs。激光烧蚀法也成功的合成了BN-NTs。但这两种方法的产量、纯度不高，成本高，且工艺复杂，不利于工业生产。最近又发展出了碳纳米管取代反应的合成方法，其中碳纳米管起的作用是提供BN-NTs生长的骨架，得到的BN-NTs与C-NTs的结构类似，但这种方法制备的BN-NTs不可避免的混有C-NTs，这影响了该方法的推广。使用金属催化剂的化学气相沉积法(CVD)可以合成BN-NTs，但以前的CVD法都要另外通入反应气体，而且采用的有些催化剂价格很高，这也在一定程度上限制了其应用。
                         发明内容
本发明的目的是提供一种制备BN-NTs的方法，它选择尿素和硼酸分别作为N源和B源，引入Fe，或Co，或Ni作为催化剂，无需另外的反应气体，可以制备大量高质量的BN-NTs。
本发明采用的技术方案它包括如下的步骤：1)将化学纯的H3BO3、CO(NH2)2和Fe(NO3)3·9H2O或Co(NO3)2·6H2O或Ni(NO3)2·6H2O其中的一种，其摩尔比1∶2-5∶0.05-0.1，一起溶解于去离子水中；2)然后于60-80℃恒温下在真空干燥箱中蒸发6-10小时，去掉溶液中的水，得到混合的粉末；3)将混合粉末放入石英舟中，然后置于采用卧式炉加热的石英管中心热区，石英管两端与大气相通，当温度升至1000-1300℃时，恒温60-90分钟；4)然后等到温度降至室温，取出石英舟，得到灰白色的粉末。5)再将粉末用稀硝酸(20-30wt％)浸泡8-12个小时，除去催化剂，得到白色的纯BN-NTs。
本发明的特点：1.通过在溶液中充分混合H3BO3、CO(NH2)2和Fe(NO3)3·9H2O或Co(NO3)2·6H2O或Ni(NO3)2·6H2O其中的一种，除去溶液中的水后，可以得到在分子级混和的粉末。由此催化剂与反应物之间接触良好，有利于生长高质量的BN-NTs。2.反应在开口的石英管中进行，无需另外通入其他反应气体。3.该方法工艺简单，原料价格低廉，成本低，反应易于控制。
                         附图说明
图1是实施例所得BN-NTs的透射电子显微镜照片(放大4万倍)；
图2是实施例所得BN-NTs的高分辨电子显微镜照片(放大41万倍)。
                       具体实施方式
实施例：
分别称取0.602g CO(NH2)2、0.618gH3BO3和0.404gFe(NO3)3·9H2O(摩尔比为1∶3∶0.1)，一起溶于300ml去离子水中，然后在60℃恒温的真空干燥箱中加热6h除去水，得到黄褐色的混合粉末。再将该粉末放入石英舟中，置于由卧式炉加热的的石英管中心热区。石英管两端开口与大气相通。升温至1000℃，保温60分钟。具体的过程如下：在温度超过133℃后尿素开始熔化并分解出NH3，在大约700℃以上NH3就可以与H3BO3反应生成BN。同时Fe(NO3)3在高温分解为Fe2O3和氮氧化物。NH3具有还原性，可以将Fe还原出来。在Fe纳米粒子的催化作用下生长出BN-NTs。
产物为灰白色粉末，用X射线衍射测定表明其中主要成分是六角BN，以及Fe2O3，Fe2O3是催化剂在反应中被氧化的产物，可以很方便的用稀硝酸(30％)除去。产物用无水乙醇分散后在透射电子显微镜下观察。发现大量的BN-NTs，纳米管的直径范围在30-50nm，几个微米长(见附图1)。通过高分辨电子显微镜的观察可以看出生长的BN-NTs结构很完整，内径和外径分别为15nm和40nm(见附图2)。

Claims (1)

1.一种制备氮化硼纳米管的方法，其特征在于它包括如下步骤：
1)化学纯的H3BO3、CO(NH2)2和Fe(NO3)3·9H2O或Co(NO3)2·6H2O或Ni(NO3)2·6H2O其中的一种，其摩尔比1∶2-5∶0.05-0.1，一起溶解于去离子水中；
2)然后于60-80℃恒温下在真空干燥箱中蒸发6-10小时，去掉溶液中的水，得到混合的粉末；
3)将混合粉末放入石英舟中，然后置于采用卧式炉加热的石英管中心热区，石英管两端与大气相通，当温度升至1000-1300℃时，恒温60-90分钟；
4)然后等到温度降至室温，取出石英舟，得到灰白色的粉末；
5)再将粉末用20-30wt％的稀硝酸浸泡8-12个小时，除去催化剂，得到白色的纯BN-NTs。
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