镁热还原制备氮化硼纳米管的方法技术

镁热还原制备氮化硼纳米管的方法属于无机纳米材料领域。现有制备氮化硼纳米管的方法存在产率低、成本高等问题。本发明专利技术通过１）在氩气保护下，将氧化硼、镁和亚铁盐按摩尔比１∶１～３∶０．０１～０．１研磨混合后过筛；２）氩气保护下加热过筛后的混合物，在９００～１２００℃时，关闭氩气并通入氨气，待温度达到１２００～１６００℃时，恒温１～５小时；３）温度降至室温后，用硝酸浸泡所得产物除去杂质，得到氮化硼纳米管。本发明专利技术方法具有工艺简单，反应易于控制和放大，成本低、产率高，所制备的氮化硼纳米管尺寸均匀，纯度高等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无机纳米材料领域，具体涉及一种采用镁热还原法制 备氮化硼纳米管的方法。
技术介绍
六方氮化硼和石墨是等电子体，具有极为相似的层状结构。同碳 纳米管一样，氮化硼也可以形成相应管状纳米结构。氮化硼纳米管除 了具有能和碳纳米管相媲美的高模量和高强韧性，还具有很好的化学稳定性和热稳定性。此外，氮化硼纳米管具有与^i内米管截然不同的电学性能，表现为宽带隙的半导体(-5. 5eV)，其电学性能与管径、 螺旋度和管壁数目无关。氮化硼纳米管独有的特性使其在纳米半导体 器件、纳米复相陶瓷、储氢材料等方面有着极具诱惑的应用前景，已 经引起了国内外学者的广泛兴趣。制备氮化硼纳米管的方法主要有电弧法、激光烧蚀法、前驱体热 解法、碳纳米管模板法、球磨-退火法、化学气相沉积法等。虽然近 年来在氮化硼纳米管制备方面取得了 一些成功和进展，但是总的来 看，还存在产量、产率较低、易带入杂质，产物结构和微观形貌尺寸 难以控制等问题。化学气相沉积法是目前比较有效的制备大量氮化硼 纳米管的方法，由于采用不同的起始物和反应工艺条件，所得产物具 有不同的特点。如采用水或盐酸等含水体系作为氮化硼纳米管的生长 促进剂，得到的纳米管尺寸跨度较大，通常为十几至二百纳米左右， 且多为竹节状纳米管，而含水或酸的气体在高温下对反应容器和设备 的损害很大，影响设备的使用寿命并导致制备成本提高；以氧化镁-氧化亚铁作为制备氮化硼纳米管的催化剂，采用一定的工艺可得到较高纯度、尺寸均匀的氮化硼纳米管，有实现大量生产的潜力，但此方 法需要价格昂贵的高纯度硼粉作为硼源，而且采用化学性质极不稳定 的氧化亚铁为催化剂，故制备成本较高。截止目前，具有高产量、高 纯度、尺寸均匀的氮化硼纳米管的低成本制备方法仍在探索当中。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术中的问题，而提供一种产率高、 纯度高、尺寸均匀，表面无明显缺陷且成本低廉的制备氮化硼纳米管 的方法。本专利技术所提供的方法是在氩气保护气氛中，以三氧化二硼为硼 源，镁为还原剂，以氯化亚铁、硫酸亚铁或草酸亚铁中的一种为催化剂，氨气为氮源，制得氮化硼纳米管，具体步骤如下1) 在氩气保护下，将氧化硼、镁和亚铁盐，按摩尔比1:1-3 :0. 01 ~ 0. 1置于研钵中研磨混合后，过300目筛网；2) 将步骤1)中过筛后的混合物在氩气保护条件下加热，当温 度达到900 1200。C时，停止通入氩气并通入氨气，待达到设定温度 1200 ~ 1600。C时，恒温l-5小时；3) 恒温结束后降至室温，将所得产物用硝酸浸泡，除去含镁、 铁的杂质，得到氮化硼纳米管。其中，步骤l)中所述的亚铁盐为氯化亚铁、硫酸亚铁或草酸亚 铁中的一种。本专利技术的原理为在氩气保护条件下，金属^:将三氧化二硼还原为 单质硼，并生成氧化镁；同时，亚铁盐分解得到氧化亚铁；在高温下， 单质硼和氧化镁原位反应生成气态的氮化硼前驱体；在氧化亚铁的催 化作用下，氮化硼前驱体与氨气反应生成氮化硼纳米管。与现有技术相比较本专利技术具有以下有益效果 本专利技术方法避免使用价格昂贵的高纯度硼粉为硼源，以及化学性 质极不稳定的氧化亚铁为催化剂，因而制备成本相对低廉，制备工艺 简单、重复性好，反应易于控制和放大，所得氮化硼纳米管产量大、 易于提纯，尺寸均匀、微观结构无明显缺陷。 附图说明图1为本专利技术所制备的氮化硼纳米管的扫描电镜照片。 以下结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步说明。 具体实施例方式本专利技术实施例中所使用的卧式管式炉的型号为CVD(G) 06/45/1， 扫描电《竟型号为FEI nanoSEM 200。 实施例11) 在氩气保护下，将氧化硼、镁和氯化亚铁按摩尔比1 : 1 : 0. 1 置于玛瑙研体中充分研磨使反应物完全混合后，过300目筛网；2) 将步骤1)中过篩后的混合物装入三氧化二铝瓷舟并置于卧 式管式炉的恒温区，通入50sccm氩气，开始升温，当温度达到900 。C时，关闭氩气并通入50sccm氨气继续升温，；降达到120(TC时，恒 温5小时；3) 恒温结束时同时关闭进气口和排气口，随炉冷却至室温，瓷 舟内产物为白色海绵状块体，富有弹性，用硝酸洗去含4美、铁的杂质 后产物为均一的白色粉末，重量没有明显改变。实施例21 )在氩气保护下，将氧化硼、镁和硫酸亚铁按摩尔比1 : 2 : 0. 05 置于玛瑙研钵中充分研磨使反应物完全混合后，过300目筛网；2)将步骤1)中过篩后的混合物装入三氧化二铝瓷舟并置于卧 式管式炉的恒温区，通入100sccm氩气，开始升温，当温度达到1100。C时，关闭氩气并通入100sccm氨气继续升温，待达到1400。C时， 恒温2小时；3)恒温结束时同时关闭进气口和排气口，随炉冷却至室温，瓷 舟内产物为白色海绵状块体，富有弹性，用硝酸洗去含镁、铁的杂质 后产物为均一的白色粉末，重量没有明显改变。实施例31 )在氩气保护下，将氧化硼、镁和草酸亚铁按摩尔比1 : 3 : 0. 01 置于玛瑙研体中充分研磨使反应物完全混合后，过300目筛网；2) 将步骤1)中过筛后的混合物装入三氧化二铝瓷舟并置于卧 式管式炉的恒温区，通入200sccm氩气，开始升温，当温度达到1200 。C时，关闭氩气并通入200sccm氨气继续升温，待达到160(TC时， 恒温1小时；3) 恒温结束时同时关闭进气口和排气口，随炉冷却至室温，资 舟内产物为白色海绵状块体，富有弹性，用硝酸洗去含镁、铁的杂质 后产物为均一的白色粉末，重量没有明显改变。分别对实施例1、 2和3所制得的白色粉末进行扫描电镜观察发 现，产物为一维管状结构，未发现管身内部有明显的填充物(如图1 所示)。透射电镜结果表明，产物为多壁纳米管，外径为40 60nm之 间，内经10 30nm之间，长度10 30jum,所得氮化硼纳米管表面 干净，没有覆盖物，很少发现管身内部有填充物。能量损失谱分析表 明，产物中硼氮原子比为1 : 1，说明产物中一维纳米管的纯度很 高。权利要求1、一种，其特征在于，包括以下步骤1)在氩气保护条件下，将氧化硼、镁和亚铁盐，按摩尔比1∶1～3∶0.01～0.1研磨混合后，过300目筛网；2)将步骤1)中过筛后的混合物在氩气保护条件下加热，当温度达到900～1200℃时，停止通入氩气并通入氨气，待温度达到1200～1600℃时，恒温1～5小时；3)恒温结束后降至室温，将所得产物用硝酸浸泡除去杂质，得到氮化硼纳米管。2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中所述 的亚铁盐为氯化亚铁、硫酸亚铁或草酸亚铁中的一种。全文摘要属于无机纳米材料领域。现有制备氮化硼纳米管的方法存在产率低、成本高等问题。本专利技术通过1)在氩气保护下，将氧化硼、镁和亚铁盐按摩尔比1∶1～3∶0.01～0.1研磨混合后过筛；2)氩气保护下加热过筛后的混合物，在900～1200℃时，关闭氩气并通入氨气，待温度达到1200～1600℃时，恒温1～5小时；3)温度降至室温后，用硝酸浸泡所得产物除去杂质，得到氮化硼纳米管。本专利技术方法具有工艺简单，反应易于控制和放大，成本低、产率高，所制备的氮化硼纳米管尺寸均匀，纯度高等优点。文档编号C01B21/064GK101348242SQ20081011969公开日20本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镁热还原制备氮化硼纳米管的方法，其特征在于，包括以下步骤：　１）在氩气保护条件下，将氧化硼、镁和亚铁盐，按摩尔比１∶１～３∶０．０１～０．１研磨混合后，过３００目筛网；　２）将步骤１）中过筛后的混合物在氩气保护条件下加热，当温度达到９００～１２００℃时，停止通入氩气并通入氨气，待温度达到１２００～１６００℃时，恒温１～５小时；　３）恒温结束后降至室温，将所得产物用硝酸浸泡除去杂质，得到氮化硼纳米管。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李永利，张久兴，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：11[]