[发明专利]一种六方氮化硼二维超薄纳米片及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，涉及一种六方氮化硼二维超薄纳米片及其制备方法与应用。

背景技术

自2004年石墨烯问世以来，无机二维纳米材料由于其独特的物理及化学特性与潜在应用，已成为材料科学研究领域的热点，参见Adv.Mater.2012,24,210。六方氮化硼具有耐高温、高导热率、耐辐射、耐腐蚀，高温润滑及优良的介电、绝缘性能，在各个领域尤其是宇航、国防、电子核工业有较好的应用，引起了人们广泛的研究兴趣。

六方氮化硼纳米片具有和石墨烯相似的结构，B原子与N原子由sp²杂化连接的单原子层构成，其基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环，其理论厚度与石墨烯相当，约为0.33nm，是目前所发现的最薄的二维材料之一，参见Nanoscale2012,4,6908。其化学稳定性、热稳定性等性能比石墨烯更优良，因此在制备高导热陶瓷器件、导热绝缘聚合物复合材料、耐热固体润滑剂和润滑油脂添加剂等方面具有新颖的应用前景。例如，超薄的氮化硼纳米片填充物可以提高聚合物的导热和机械性能，参见Adv.Mater.2009,21,2889。硅基片上垂直交联的氮化硼纳米片具有超疏水性，在自清洁涂层领域具有潜在的应用价值，参见ACS Nano2011,5,6507。

机械剥离、低能球磨、等离子刻蚀、化学气相沉积、化学剥离等方法被用来制备单层和多层六方氮化硼纳米片超薄材料。但由于制备方法的限制，所得产物的量很少（目前一般<10mg），难以制得较多的量，这严重制约了六方氮化硼纳米片的进一步研究与实际应用。开发六方氮化硼超薄纳米片的宏量制备技术，一直是研究人员关注和研制的重点。例如，中国专利局公布的发明名称为“一种高比表面积氮化硼超薄纳米片的制备方法”（公开号：CN101913576A）的专利技术，披露了一种高比表面积氮化硼超薄纳米片的制备方法。采用固相法，以氧化硼为硼源，盐酸肼、氯化铵或溴化铵为氮源，锌、铁或镍为还原剂，在温和条件下制备了具有高比表面积的氮化硼超薄纳米片。这种方法所得纳米片的厚度为2～6nm，其厚度很难控制，其产量较低（<0.5g）。中国专利局公布的另一项发明名称为“六方氮化硼的制备方法及其制得的六方氮化硼多晶粉末”（公开号：1955109A），该专利公开了一种片状六方氮化硼多晶粉末的制备方法，以硼氢化钠、硼氢化钾和氟硼酸盐为原料或以六硼化钙、氨基钠为原料制备六方氮化硼纳米粉。这种方法合成的氮化硼粉体具有三角片和六边形片状形貌，但所用原料的成本较高，且产量也较低。

目前国内外还没有采用金属硼化物为硼源、铵盐为氮源在温和条件下合成六方氮化硼二维超薄纳米片的报道。因此，研制开发以较廉价的原料在温和条件下六方氮化硼二维超薄纳米片的宏量制备技术，不仅对推动氮化硼二维超薄纳米片的性能研究有重要的理论意义，而且对进一步开发这种新型二维纳米材料的应用具有十分重要的现实意义。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种六方氮化硼二维超薄纳米片的制备方法。该方法以金属硼化物为硼源、铵盐为氮源在温和温度下进行原位氮化反应，能够宏量制备六方氮化硼二维超薄纳米片。

本发明的另一目的在于提供通过上述制备方法制备得到的六方氮化硼二维超薄纳米片。

本发明的再一目的在于提供上述六方氮化硼二维超薄纳米片的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种六方氮化硼二维超薄纳米片的制备方法，包括以下步骤：

（1）将金属硼化物粉末与铵盐粉末混合，研磨均匀，密封于反应釜中，于400～700℃反应6～48小时。

（2）步骤（1）的反应产物经酸洗除去副产物，然后再用水、乙醇洗至中性，离心分离后经真空干燥，得到六方氮化硼二维超薄纳米片。

步骤（1）中所述的金属硼化物优选为六硼化钙、六硼化镧、硼化镁、硼化锆、硼化铬或硼化钛等。

步骤（1）中所述的铵盐优选为氯化铵、溴化铵或硝酸铵。

步骤（1）中所述的金属硼化物与铵盐的摩尔比优选为1:2～12。

优选的，步骤（1）为：将六硼化钙或六硼化镧粉末与铵盐粉末按摩尔比1:6～12混合，研磨均匀，密封于不锈钢反应釜中，于500～600℃反应12～48小时。

优选的，步骤（1）为：将硼化镁、硼化锆、硼化铬或硼化钛粉末与铵盐粉末按摩尔比1:2～4混合，研磨均匀，密封于不锈钢反应釜中，于400～600℃反应6～24小时。

步骤（2）中所述的酸洗优选为用1.0～3.0mol/L稀硝酸或稀盐酸洗3～5遍。