溫和溫度下氮化硼、碳化硼及稀土(或堿土)金屬硼化物納米材料的制備.pdf

1、本論文在調(diào)研硼化物制備和性能的基礎(chǔ)上,在溫和溫度下合成了h-BN微網(wǎng),超薄BN片,具有空心和孔洞結(jié)構(gòu)的碳化硼,以及11種稀土和堿土六硼化合物。取得了一系列的創(chuàng)新性結(jié)果:
　　 (1)多孔材料在諸多方面如,催化劑、催化劑載體、過濾、化學(xué)過濾和光電效應(yīng)等方面有潛在的應(yīng)用價值。二維的網(wǎng)狀材料,兼具多孔結(jié)構(gòu)和片狀結(jié)構(gòu)的優(yōu)點,是近年來材料科學(xué)研究的熱點。但是,受限于有限的制備方法,對于能在苛刻條件下用作催化劑載體的氮化硼網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),尤其是尺

2、寸為數(shù)百微米,及孔徑尺寸為100 nm以上的氮化硼網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)在以往文獻(xiàn)中尚未報道。、
　　 本文通過B2O3,Mg和NaN3在450℃下反應(yīng),探索了一種制備數(shù)百微米大小,平均孔徑為2.8μm,厚度為210 nm的晶態(tài)h-BN網(wǎng)狀材料的制備方法。通過PL激發(fā)光譜測得其接近帶寬在217 nm處。在本體系中原位生成的MgO微球充當(dāng)了模板。氮化硼中間顆粒經(jīng)定向聚集形成氮化硼微網(wǎng)。當(dāng)使用其它硼源的時候(如HaBO3,Na284O7,NH4H

3、B4O7或Mg(BO2)2·H2O),可以得到不同孔徑大小的h-BN網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。發(fā)展了一種普適的合成晶態(tài)氮化硼微網(wǎng)材料的方法。另外,通過1550℃熱處理初步調(diào)節(jié)了氮化硼微網(wǎng)的孔洞結(jié)構(gòu),形成六角孔。網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的氮化硼可以用作苛刻條件下的催化劑載體,化學(xué)過濾或者分離材料。并且氮化硼網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)也可以在其他方面應(yīng)用到。采用類似于的思路,利用原位生成的MgO模板合成了平均孔徑為3.8μm的蜂窩狀石墨材料。
　　 (2)最近幾年,石墨烯由于其具有

4、獨特的物理及化學(xué)性質(zhì)和潛在的應(yīng)用前景,引起了人們廣泛的研究興趣,是材料科學(xué)研究領(lǐng)域中的明星。h-BN和石墨的結(jié)構(gòu)和晶胞參數(shù)比較接近,但其電子性能完全不一樣。另一方面,氮化硼的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性要比碳強。這就使單層氮化硼或氮化硼片在許多方面可以和碳材料互補。單層或多層氮化硼納米片狀材料可以在諸多領(lǐng)域有新穎的應(yīng)用前景。但目前有機溶劑中剝離,機械剝離,化學(xué)氣相沉積等方法所得產(chǎn)物的量較少,難以得到較多的量,限制了氮化硼納米片(BNNSs)的應(yīng)

5、用。因而探索制備克級范圍超薄氮化硼材料的方法可以在一定程度上推動BNNSs的應(yīng)用研究。
　　 本文探索了一種制備克級范圍BNNSs的簡便方法合成,通過氧化硼,鋅粉和鹽酸肼在反應(yīng)釜中500℃下反應(yīng)制備得到厚度為2～6 nm的BNNSs。該BNNSs的陰極射線發(fā)光性能表明其可能在紫外區(qū)的光電器件上有所應(yīng)用。由于BNNSs的高的熱穩(wěn)定性,高比表面積(226 m2/g)以及較大的孔容(0.405 cm3/g)可能使BNNSs在催化劑載體

6、方面有所應(yīng)用。以Pt/BNNSs催化CO為例,研究表明其具有較低的完全轉(zhuǎn)化溫度以及較高的穩(wěn)定性,可用作苛刻條件下的催化劑載體。
　　 (3)盡管在許多技術(shù)領(lǐng)域碳化硼空心或大孔結(jié)構(gòu)是避免的,但這種結(jié)構(gòu)可能在催化劑,催化劑載體,化學(xué)過濾,極端條件下的分離等方面具有一定的價值。如碳化硼足一種有效的芳香化合物的烷基化和?；磻?yīng)的催化劑。能用作酮,脂,以及烷基苯的合成。另外,碳化硼納米材料中游離碳雜質(zhì)廣泛存在,需要探索一種有效的除雜手段。

7、
　　 本文在反應(yīng)釜中利用MgB2和CCl4合成了碳化硼初產(chǎn)物,通過HClO4腐蝕手段合成了大孔和空心結(jié)構(gòu)碳化硼材料。該初產(chǎn)物經(jīng)過HClO4回流提純,使產(chǎn)物中的碳含量降低,并且發(fā)現(xiàn)空心結(jié)構(gòu)和大孔結(jié)構(gòu)出現(xiàn)。本研究采用的腐蝕方法可以制備其它空心或大孔碳化物材料。
　　 (4)由于稀土硼化物具有優(yōu)異的性質(zhì),合成RB6和AB6激起了科學(xué)工作者的研究興趣。到目前為止,已經(jīng)發(fā)展了多種合成路線。例如,通過元素直接化合,碳熱還原合成,硼

8、熱還原,鋁熱溶劑還原。但這些傳統(tǒng)合成方法通常溫度較高(1100～1800℃),因而在較為低的溫度下(～800℃)發(fā)展了熔鹽電解合成LaB6、CeB6、NdB6、EuB6和GdB6的方法。但到目前為止,很少有低于400℃制備堿土及稀土六硼化合物的通用路線。
　　 本文研究了一種溫和溫度下(170～350℃)合成AB6和RB6材料的通用路線。RB6(R=La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu)立方塊納米晶可以通過12輔助Mg共還原稀土氧