[发明专利]三维多孔六方氮化硼的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及三维多孔纳米材料，具体涉及三维多孔六方氮化硼的制备方法，属于新材料技术领域。

背景技术

石墨烯是一种从石墨材料中剥离出的单层碳原子材料，是碳的二维结构，因其独特的结构和优异的性能，自2004年被发现以来类石墨烯结构材料便受到广泛关注（K.S.Novoselov,A.K.Geim,S.V.Morozov,Science.2004,306,666）。

六方氮化硼是典型的Ⅲ一V族化合物,带隙为5.9eV，具有类似石墨的层状结构，与石墨是等电子体，B和N原子完全取代了石墨片结构中的C原子而基本不改变原子间距，有白石墨之称。二维六方氮化硼具有良好的润滑性、电绝缘性、导热性、耐化学腐蚀性以及中子吸收能力。三维六方氮化硼除具有上述的优点之外，还具有高比表面积、高气孔率，而有望在吸附、催化、润滑、高导热复合材料的填料、光电器件等领域具有广泛的应用前景。

到目前为止，二维六方氮化硼的制备方法较多，比如溅射沉积法；但是却只有少数方法可以用来合成三维多孔六方氮化硼，主要包括：模板合成法（S.Schlienger，J.Alauzun，F.Michaux，J.B.Parra，Chem.Mater.,2012,24,88-96），此外利用氮化硼前驱体高温热解，以金属为基体的自组装和自蔓延燃烧合成(Ben Rushton,Robert Mokaya，J.Mater.Chem.,2008,18,235–241)也能得到不同孔径结构的氮化硼材料。但是，无论是制备出的三维多孔结构材料，还是生产方法，都存在着不足之处，首先，这些多孔材料的表观密度高、吸附性能不佳、三维结构不甚明显、；其次，这些生产方法的制备步骤比较繁琐，包括原料前期的预处理和产物的后续处理，生产周期一般较长，又因产率低和价格昂贵而不利于工业大批量生产。

发明内容

本发明针对现有三维多孔六方氮化硼的制备方法繁琐，制备的材料表观密度高、吸附性能差、孔径结构单一、产率低等不足，提供了一种三维多孔六方氮化硼的制备方法，步骤简单，制备得到的三维多孔六方氮化硼呈现出表观密度低、吸附性能好、产率高、多级孔径分布的特征。

三维多孔六方氮化硼的制备方法，包括以下步骤：

第一步、将先驱体放入坩埚内；所述的先驱体包括氮源和硼源，氮源是氨气、尿素、叠氮钠、吡啶、三聚氰胺、硼烷氨中的一种或多种，硼源是硼粉、氧化硼、硼酸、硼酸铵、氢硼化钠、碳化硼、硼烷氨中的一种或多种；

第二步、将坩埚置于高温炉中，抽真空到1～40Pa，通入气体排除氧气；

第三步、在10min～4h内升温至900℃～1600℃，反应0.5～5h；降至室温，即可得到三维多孔六方氮化硼。

先驱体在受热时发生热分解反应，可以释放出一定量的气体如氨气、氮气、氢气等，气体溢出后会使材料留下部分的孔隙结构，通过对反应条件的控制，从而制得三维多孔氮化硼材料。采用上述方法可以得到不同孔径分布范围、不同形貌的三维多孔氮化硼。

作为优选，所述的氮源和硼源都是硼烷氨。选取硼烷氨作为制备六方氮化硼的硼源和氮源，加热后可以释放一定量的氨气、氮气、氢气或者其他物质，形成过渡的环氮硼烷分子，环氮硼烷分子进一步热分解形成氮化硼。

作为优选，第一步中，先驱体中混合有活性剂，所述活性剂为高纯硫（S）、硫脲（CH₄N₂S）、硫代氨基脲（CH₅N₃S）、碳酸铵（(NH₄)₂·CO₃）、氯化铵（NH₄Cl）、尿素（CO(NH₂)₂）、偶氮二甲酰胺（AC）中的一种或多种。与利用先驱体直接制备多孔氮化硼的产率相比，加入活性剂后，产率要高很多，形成的六方氮化硼的产率可高达78%，远大于相同条件下不加活性剂的产率53%。

作为优选，活性剂为硫脲（CH₄N₂S）、硫代氨基脲（CH₅N₃S）或高纯硫（S）。硫脲、硫代氨基脲或高纯硫的硫化性能够促进了分子的交联，有利于相互交织的分子分解时形成三维多孔结构，对于形成三维多孔六方氮化硼起到了关键性的作用；