二維氮化硼納米材料的制備和性能研究.pdf

1、氮化硼(BN)作為一種Ⅲ-Ⅴ族化合物，是非常重要的無(wú)機(jī)非金屬材料。由于它具有特殊的物理和化學(xué)性質(zhì)且應(yīng)用廣泛，因此該類材料溫和條件下的合成及其性能研究成為近年來(lái)材料科學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。氮化硼根據(jù)B-N鍵雜化方式的不同有常見(jiàn)的四種物相，分別是:立方相氮化硼(c-BN)、三方相氮化硼(r-BN)、六方相氮化硼(h-BN)和纖鋅礦相氮化硼(w-BN)。其中三方相氮化硼和六方相氮化硼的雜化方式是sp2，立方相氮化硼和纖鋅礦相氮化硼是sp3雜化

2、。除了金剛石外，立方相氮化硼是目前已知硬度最高的材料，這是因?yàn)樗木w結(jié)構(gòu)與金剛石相似，但它的耐高溫性、抗氧化性和對(duì)鐵族元素表現(xiàn)出的惰性卻比金剛石更優(yōu)秀，因此能取代金剛石作為制造機(jī)械加工產(chǎn)品的良好材料。六方氮化硼與石墨相似，被稱為“白石墨”，它具有優(yōu)良的潤(rùn)滑性;另外六方氮化硼的寬帶隙、耐高溫性和耐化學(xué)腐蝕又決定它可以作為優(yōu)秀的耐高溫絕緣材料。不同物相的氮化硼都具有優(yōu)秀的熱力學(xué)穩(wěn)定性，很高的化學(xué)穩(wěn)定性、耐腐蝕性、優(yōu)良的機(jī)械性能和對(duì)多種金屬

3、呈現(xiàn)惰性等共性，再加上不同物相的獨(dú)特性能，使氮化硼成為制備耐高溫、耐腐蝕、抗輻射材料和光電子器件等方面的優(yōu)勢(shì)材料，在電子、機(jī)械、冶金、航空航天等高新科技領(lǐng)域也具有巨大的潛在應(yīng)用前景。
　　 通過(guò)調(diào)研和學(xué)習(xí)氮化硼的制備方法和性能應(yīng)用，我們利用高溫固相法，在密封不銹鋼反應(yīng)釜中合成了六方相氮化硼微米網(wǎng)，三方相氮化硼納米片和六方相氮化硼納米片，并對(duì)它們的熱力學(xué)性能和微米網(wǎng)、銀負(fù)載氮化硼微米網(wǎng)的催化性能進(jìn)行了研究，具體內(nèi)容如下:
　

4、　 1、利用四硼酸鋰(Li2B4O7)，疊氮鈉(NaN3)和Mg粉在密閉不銹鋼反應(yīng)釜中于500℃下反應(yīng)12小時(shí)，合成了具有數(shù)百微米大小，平均孔徑為2.3μm，良好結(jié)晶性的h-BN微米網(wǎng)，并討論了Mg粉、溫度、硼源和氮源等反應(yīng)條件對(duì)最終產(chǎn)物的影響。根據(jù)已報(bào)道的文獻(xiàn)、測(cè)試數(shù)據(jù)和圖片，我們假設(shè)在本反應(yīng)體系中氮化硼微米網(wǎng)形成的機(jī)理可能為:氧化鎂微球原位生成并充當(dāng)模板，使反應(yīng)中生成的氮化硼中間體通過(guò)定向聚集而成氮化硼微米網(wǎng)。利用熱重分析儀(TG

5、A)分別對(duì)氮化硼微米網(wǎng)在空氣和氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行了熱重分析，結(jié)果顯示出BN微米網(wǎng)具有非常優(yōu)良的熱穩(wěn)定性，同時(shí)，利用熱機(jī)械分析儀(TMA)分析了BN微米網(wǎng)在空氣中的收縮延展性，并根據(jù)TMA的數(shù)據(jù)，得出它們有望作為耐高溫陶瓷材料的添加劑。氮化硼微米網(wǎng)第一次被用來(lái)對(duì)苯甲醇進(jìn)行催化氧化性能測(cè)試，并取得較好的轉(zhuǎn)化率和接近100％的選擇性。最后，經(jīng)過(guò)化學(xué)濕法合成了一種新穎的微米結(jié)構(gòu)的Ag/BNMM復(fù)合材料，并將這種材料應(yīng)用于測(cè)試一氧化碳的催化轉(zhuǎn)化性能。

6、通過(guò)分別對(duì)苯甲醇和一氧化碳的催化氧化性能測(cè)試，結(jié)果表明BN微米網(wǎng)可以作為高溫酸性條件下優(yōu)良的催化劑，也可以作為某些苛刻環(huán)境條件下的催化劑載體。
　　 2、本論文在500℃條件下，利用四硼酸鋰(Li2B4O7)、氟化銨(NH4F)和金屬鈉(Na)在不銹鋼反應(yīng)釜中密封反應(yīng)20小時(shí)，合成出了高產(chǎn)率的具有規(guī)則形貌的氮化硼三角片，尺寸大小約為200-400納米，厚度約為20納米。當(dāng)反應(yīng)溫度升高到700℃時(shí)，利用相同的反應(yīng)原料反應(yīng)30小時(shí)可