一种超薄氮化硼纳米片的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超薄氮化硼纳米片的制备方法。以三聚氰胺为氮源，以硼酸为硼源，通过化学反应获得前驱体；利用所获得的硼酸三聚氰胺，在还原气氛下，经过二步煅烧工艺，制备得到超薄六方氮化硼纳米片产物。按本发明专利技术制备方法得到的氮化硼呈二维片状结构，表面富含氨基和羟基等官能团，具有超薄的厚度，可广泛应用于生物、化学、光电物理和材料等多个学科领域。本发明专利技术原料易得，成本低廉，合成工艺简单，制备周期短，重复性佳，可批量生产，易于推广。

Preparation of ultrathin boron nitride nanosheets

The invention discloses a preparation method of ultrathin boron nitride nanosheets. Melamine was used as nitrogen source, boric acid as boron source, and the precursor was obtained by chemical reaction. Ultra-thin hexagonal boron nitride nanotablets were prepared by using the obtained melamine borate in reducing atmosphere and two-step calcination process. The boron nitride prepared by the method of the invention has a two-dimensional sheet structure and a surface rich in amino and hydroxyl functional groups. The boron nitride has an ultra-thin thickness and can be widely used in the fields of biology, chemistry, photoelectric physics and materials. The invention has the advantages of easy obtaining of raw materials, low cost, simple synthesis process, short preparation cycle, good repeatability, batch production and easy popularization.

【技术实现步骤摘要】
一种超薄氮化硼纳米片的制备方法
本专利技术涉及一种超薄氮化硼纳米片的制备方法。
技术介绍
氮化硼是由氮原子和硼原子构成的非金属化合物，主要有四种不同的变体：六方氮化硼（h-BN)、菱方氮化硼（r-BN）、立方氮化硼(c-BN)和纤锌矿氮化硼(w-BN)。其中，六方氮化硼又名“白色石墨”，具有类似石墨的层状结构，具有良好的电绝缘性、导热性、润滑性、耐高温和耐化学腐蚀性，并且具有较强的中子吸收能力，因而，近年来受到广泛的关注。特别是片状结构的六方氮化硼比表面积大，具有丰富的结构缺陷。这些特性使得超薄六方氮化硼纳米片材料在生物、化学、材料等多个领域具有广阔的应用前景。但目前超薄六方氮化硼纳米片的合成工艺条件苛刻，从而在一定程度上影响了该材料的实际应用。因而，如何高效、批量生产高质量的氮化硼超薄片成为该领域亟需解决的关键问题。目前，文献报道的六方氮化硼的形貌主要有球形（Adv.Funct.Mater.2008,18,3653-3661）、纤维状（Sci.Rep.,2013,3,3208-3215）、纳米管状等（Mater.Sci.Eng.,R,2010,70,92-111），对于二维纳米片的报道非常有限。目前主要通过微机械剥离法、化学剥离法、高能电子辐射法、化学反应法、球磨法、化学气相沉积法来制备片状氮化硼，使用这些方法制备出的氮化硼纳米片的产率往往都很低，而且一些制备方法也伴随着样品的污染问题，甚至有时还需要两种方法的联用才能制备出理想的二维片状氮化硼，操作复杂，效率低。因此，开发一种操作简单，效率高的超薄氮化硼纳米片的合成工艺具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术针对现有超薄氮化硼纳米片的制备存在的不足，提供一种成本低廉，工艺简单，重复性好的超薄氮化硼纳米片的制备方法。为达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案是提供一种超薄氮化硼纳米片的制备方法，包括如下步骤：(a)前驱体的配置以三聚氰胺为氮源，以硼酸为硼源，氮源与硼源的摩尔比为1:1～10:1；先将三聚氰胺粉末在加热、搅拌条件下完全溶解于去离子水中，再加入硼酸粉末，搅拌至反应完全后，得到前驱体溶液；(b)离心处理将前驱体溶液冷却至室温后得到悬浊液，经离心处理，回收所得白色沉淀，干燥后得到前驱体粉末；(c)煅烧处理将前驱体粉末在还原气氛下进行预煅烧，再升温后进行二次煅烧；自然冷却至室温，得到超薄氮化硼纳米片。本专利技术技术方案中所述还原气氛为碳气氛、一氧化碳气氛、氢气氛、氨气氛、氮气氛、氩气氛中的一种，或它们的任意组合。本专利技术制备方法的优选工艺条件是：悬浊液离心处理的条件为转速3000～15000转/分钟，处理时间为5～30min。煅烧处理的条件为：预煅烧温度为300～700℃，预煅烧时间为0.5～5h；升温速度为3～10℃/min；二次煅烧温度为800～1200℃，煅烧时间为1～6h。由于上述技术方案运用，本专利技术与现有技术相比具有以下优点：(1)本专利技术以三聚氰胺和硼酸为原料，来源广泛，价格低廉，有效控制了生产成本。(2)本专利技术通过二步煅烧即可获得片状氮化硼，无需经过额外处理，工艺简单、易控制，产品重复性好，生产效率高；同时反应装置结构简单，操作方便，无需昂贵仪器设备，降低了生产成本。(3)按本专利技术技术方案所制备的超薄氮化硼纳米片纯度高，厚度薄，质量好。(4)可实现量产，易于推广。附图说明图1是本专利技术实施例1制备的超薄氮化硼纳米片的XRD图谱。图2是本专利技术实施例1制备的超薄氮化硼纳米片的红外谱图，图中横坐标为检测波长，纵坐标为透过率。图3是本专利技术实施例1制备的超薄氮化硼纳米片的透射电镜图谱。图4是本专利技术实施例1制备的超薄氮化硼纳米片的AFM图谱。图5是本专利技术实施例1制备的超薄氮化硼纳米片的对应AFM高度分布。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术技术方案做进一步描述。实施例1(a)取4g三聚氰胺粉末为原料，溶解于150mL去离子水中，在85℃的水浴条件下充分搅拌至完全溶解后，再加入1g的硼酸粉末，恒温搅拌30min，得到前驱体溶液；(b)将前驱体溶液冷却至室温后得到悬浊液，经过离心处理，回收所得白色沉淀，干燥后得到前驱体粉末；(c)采用双坩埚套构装置，将活性炭置于大坩埚中，前驱体粉末置于小坩埚中，使得前驱体粉末处于还原气氛下。将该装置放入马弗炉中，先在550℃下预煅烧2h，随后以6℃/min的速度升温至900℃，煅烧4h，自然冷却至室温，得到白色粉末，即为超薄氮化硼纳米片。参见附图1，它是本实施例制备的超薄氮化硼纳米片的XRD图谱。从图1中可以看出，本实施例制备得到的样品为纯六方氮化硼。参见附图2，它是本实施例制备的超薄氮化硼纳米片的红外谱图。从图2中可以看出样品中存在B-N、N-B-N的振动带（~1384cm-1、~792cm-1），-OH的振动峰（~3431cm-1），以及-NH2的振动峰（~3220cm-1）。参见附图3，它是本实施例制备的超薄氮化硼纳米片的透射电镜图谱。从图3中可以看出，本实施例所制备的超薄氮化硼纳米片呈片状结构。参见附图4，它是本实施例制备的超薄氮化硼纳米片的AFM图谱。参见附图5，它是本实施例制备的超薄氮化硼纳米片的对应AFM高度分布。从图5中可以看出，本实施例制备得到的氮化硼纳米片厚度较薄，厚度小于7nm。实施例2(a)取4g三聚氰胺粉末为原料，溶解于150mL去离子水中，在85℃的水浴条件下充分搅拌至完全溶解后，再加入0.5g的硼酸粉末，恒温搅拌30min，得到前驱体溶液；(b)将上述前驱体溶液冷却至室温后得到悬浊液，经过离心处理，回收所得白色沉淀，干燥后得到前驱体粉末；(c)采用双坩埚套构装置，将活性炭置于大坩埚中，上述前驱体粉末置于小坩埚中，使得前驱体粉末处于还原气氛下。将该装置放入马弗炉中，首先在550℃下预煅烧2h，随后以3℃/min的速度升温至800℃，煅烧4h，自然冷却至室温，得到白色粉末，即为超薄氮化硼纳米片。实施例3(a)取6g三聚氰胺粉末为原料，溶解于200mL去离子水中，在90℃的水浴条件下充分搅拌至完全溶解后，再加入1g的硼酸粉末，恒温搅拌30min，得到前驱体溶液；(b)将上述前驱体溶液冷却至室温后得到悬浊液，经过离心处理，回收所得白色沉淀，干燥后得到前驱体粉末；(c)采用双坩埚套构装置，将活性炭置于大坩埚中，上述前驱体粉末置于小坩埚中，使得前驱体粉末处于还原气氛下。将该装置放入马弗炉中，首先在550℃下预煅烧2h，随后以5℃/min的速度升温至850℃，煅烧4h，自然冷却至室温，得到白色粉末，即为超薄氮化硼纳米片。实施例4(a)取2g三聚氰胺粉末为原料，溶解于150mL去离子水中，在80℃的水浴条件下充分搅拌至完全溶解后，再加入1g的硼酸粉末，恒温搅拌30min，得到前驱体溶液；(b)将上述前驱体溶液冷却至室温后得到悬浊液，经过离心处理，回收所得白色沉淀，干燥后得到前驱体粉末；(c)采用双坩埚套构装置，将活性炭置于大坩埚中，上述前驱体粉末置于小坩埚中，使得前驱体粉末处于还原气氛下。将该装置放入马弗炉中，首先在550℃下预煅烧2h，随后以3℃/min的速度升温至950℃，煅烧4h，自然冷却至室温，得到白色粉末，即为超薄氮化硼纳米片。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超薄氮化硼纳米片的制备方法，其特征在于包括如下步骤：(a) 前驱体的配置以三聚氰胺为氮源，以硼酸为硼源，氮源与硼源的摩尔比为1:1～10:1；先将三聚氰胺粉末在加热、搅拌条件下完全溶解于去离子水中，再加入硼酸粉末，搅拌至反应完全后，得到前驱体溶液；(b) 离心处理将前驱体溶液冷却至室温后得到悬浊液，经离心处理，回收所得白色沉淀，干燥后得到前驱体粉末；(c) 煅烧处理将前驱体粉末在还原气氛下进行预煅烧，再升温后进行二次煅烧；自然冷却至室温，得到超薄氮化硼纳米片。

【技术特征摘要】
1.一种超薄氮化硼纳米片的制备方法，其特征在于包括如下步骤：(a)前驱体的配置以三聚氰胺为氮源，以硼酸为硼源，氮源与硼源的摩尔比为1:1～10:1；先将三聚氰胺粉末在加热、搅拌条件下完全溶解于去离子水中，再加入硼酸粉末，搅拌至反应完全后，得到前驱体溶液；(b)离心处理将前驱体溶液冷却至室温后得到悬浊液，经离心处理，回收所得白色沉淀，干燥后得到前驱体粉末；(c)煅烧处理将前驱体粉末在还原气氛下进行预煅烧，再升温后进行二次煅烧；自然冷却至室温，得到超薄氮化硼纳米片。2.根据权利要求1所述的一种超薄氮化硼...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟峰，严泓，龙玉梅，
申请(专利权)人：苏州大学张家港工业技术研究院，苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32