[发明专利]硼碳氮纳米管/半导体氧化物复合材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.硼碳氮纳米管/半导体氧化物复合材料，其特征在于硼碳氮纳米管/半导体氧化物复 合材料由硼碳氮纳米管、过渡金属盐和沉淀剂制成；其中硼碳氮纳米管与过渡金属盐的质 量比1∶2～45；过渡金属盐与沉淀剂的摩尔比为1∶1～5；所述的硼碳氮纳米管是由按质 量份数比1份的催化剂、3～6.5份的含硼材料和4～25份的碳纳米管在氨气气氛中制成的； 其中所述的催化剂为α-Fe₂O₃或γ-Fe₂O₃，所述的含硼材料为无定型硼粉、晶态硼粉或硼酸， 所述的过渡金属盐为硝酸锌或四氯化锡，所述的沉淀剂为浓度为0.3mol/L～1mol/L的氢氧 化钠溶液、质量浓度为5％～17％的氨水或浓度为0.3mol/L～3mol/L的尿素溶液。

2.根据权利要求1所述的硼碳氮纳米管/半导体氧化物复合材料，其特征在于硼碳氮 纳米管与过渡金属盐的质量比1∶5～40；过渡金属盐与沉淀剂的摩尔比为1∶1.5～4.5；硼 碳氮纳米管是由按质量份数比1份的催化剂、3.5～6.0份的含硼材料和5～20份的碳纳米 管在氨气气氛中制成的。

3.硼碳氮纳米管/半导体氧化物复合材料的制备方法，其特征在于硼碳氮纳米管/半导 体氧化物复合材料的制备方法按以下步骤进行：一、按质量份数比称取1份催化剂、3～6.5 份含硼材料和4～25份碳纳米管，先将催化剂和含硼材料放入玛瑙研钵中研磨0.5h～1h， 然后再将碳纳米管加入玛瑙研钵中继续研磨0.5h～1h，得到原料混合物；二、将原料混合 物置于100℃的烘箱内干燥1h～2h后放入干净的铝舟内，再将铝舟放入管式烧结炉，然后 在质量纯度≥99.9％、流速为100mL/min的氩气气氛中以5℃/min～10℃/min速度升温至 800℃～1300℃，再在质量纯度为≥99.8％、流速为40mL/min～100mL/min的氨气气氛中， 在合成温度为800℃～1300℃的条件下恒温1h～4h，最后在质量纯度为≥99.9％、流速为 100mL/min氩气气氛中降温至室温，得到含硼碳氮纳米管的混合物；三、去除经步骤二得 到的含硼碳氮纳米管的混合物中的催化剂和未反应的含硼材料，得到硼碳氮纳米管；四、 将经步骤三得到的硼碳氮纳米管均匀分散于浓度为0.3mol/L～1mol/L过渡金属盐溶液中， 搅拌下按过渡金属盐与沉淀剂的摩尔比为1∶1～5加入沉淀剂，然后将混合液在80℃～ 170℃的温度下搅拌并保持2h～18h，经洗涤、过滤，得到改性硼碳氮纳米管，其中硼碳氮 纳米管与过渡金属盐的质量比为1∶2～45；五、先将改性硼碳氮纳米管放在烘箱内在80℃～ 120℃下干燥3h后，再放入温度为300℃～500℃的烧结炉中、在氮气气氛中焙烧2h，最后 将烧结炉降至室温，得到硼碳氮纳米管/半导体氧化物复合材料；其中所述的催化剂为 α-Fe₂O₃或γ-Fe₂O₃，所述的含硼材料为无定型硼粉、晶态硼粉或硼酸，所述的过渡金属盐 为硝酸锌或四氯化锡，所述的沉淀剂为浓度为0.3mol/L～1mol/L的氢氧化钠溶液、质量浓 度为5％～17％的氨水或浓度为0.3mol/L～3mol/L的尿素溶液。

4.根据权利要求3所述的硼碳氮纳米管/半导体氧化物复合材料的制备方法，其特征 在于步骤三中去除含硼碳氮纳米管的混合物中的催化剂和未反应的含硼材料的方法是按如 下步骤进行的：a、将含硼碳氮纳米管的混合物加入到质量浓度为18％～25％的盐酸中搅拌 30min后，再用去离子水洗涤、过滤；b、将经过步骤a处理的含硼碳氮纳米管的混合物加 入到质量浓度为98％的硫酸中，含硼碳氮纳米管的混合物与硫酸的质量比为1∶5～10，升 温至回流保持2h～3h，然后再洗涤、抽滤，得到硼碳氮纳米管。

5.根据权利要求3或4所述的硼碳氮纳米管/半导体氧化物复合材料的制备方法，其 特征在于步骤五中的干燥温度为90℃～110℃、焙烧温度为350℃～450℃。