[发明专利]一种担载或非担载型过渡金属@h-BN核-壳纳米结构的制备方法

说明书

本发明公开了一种担载或非担载型过渡金属@h‑BN核‑壳纳米结构的制备方法，利用过渡金属盐作为前驱体，使用KBH₄或NaBH₄作为还原剂，在溶液体系中进行金属离子的还原，获得包含过渡金属(TM)与硼(B)元素的非晶合金纳米结构(TMB)；将TMB结构在含氮气氛下升温至500～850℃，并保持1～3小时，在惰气气氛中冷却至室温，得到具有金属核和六方氮化硼(h‑BN)壳层的核‑壳纳米结构。本发明制备过程简便、原料价格低廉、过程重复性好，操作安全可靠，可实现宏量制备，易于放大生产。制备的材料结构独特，在催化、能源等过程中将有重要应用。

技术领域

本发明涉及一种担载型或非担载型金属@h-BN核-壳纳米材料的制备方法，特别是一种担载或非担载型过渡金属@h-BN核-壳纳米结构的制备方法。

背景技术

纳米材料的发现和其呈现出的优异性能开辟了材料科学与工程领域的新方向，越来越多的新型纳米材料被合成出来，例如纳米颗粒，纳米簇，纳米线，纳米棒，纳米薄膜等。尽管组分单一的纳米材料已经表现出优异的性能，但是多组分纳米材料在很多情况下表现更突出的性质和性能；在这种情况下具有核-壳结构的纳米复合材料开始出现在人们的视野中。核-壳纳米结构是通过物理或化学的方法在纳米颗粒的表面包覆了一层其他材料，得到两层或多层的特殊结构。通过核-壳结构的设计，可以隔离内核颗粒与外界环境，保护其中的核结构不受到外界的影响，消除了纳米粒子之间的团聚，同时还能够改善内核材料的表面性能。核-壳结构纳米复合材料中由于其内核和壳层材料组分的不同，其性质也不同于单一组分的材料，可以实现不同材料的复合和性能互补。核-壳结构纳米复合材料由于其独特的性质可以广泛应用在催化材料，生物医学领域，热、电材料等领域。

随着核-壳结构的应用越来越广泛，核-壳结构的合成技术也得到了快速的发展，核-壳结构的主要制备方法有微乳液法(A.Imhof et al.,Advanced materials,17,924(2005))，自组装法(F.Caruso et al.,Advanced materials,13,11(2001))，溶胶-凝胶法(L.Dreesen et al.,Journal of Colloid and Interface Science,447,40(2015))，表面沉淀法(Y.Li et al.,Angewandte Chemie International Edition,43,3827(2004))。但是这些方法操作一般比较复杂，可控性差，产率较低。

六方氮化硼(h-BN)属六方晶系，具有类似石墨的层状结构，素有白石墨之称。该材料具有许多优异的物理化学特性，例如：耐高温、抗氧化、膨胀系数低、摩擦系数低、化学稳定性高等。与碳材料相比，氮化硼材料有着更高的热稳定性和化学稳定性，因此在高温及其他恶劣的使用环境中具有更广泛的应用前景。如果能在纳米体系中实现利用氮化硼超薄壳层对金属粒子的包覆，可有效的避免金属纳米粒子与大气的直接接触，提高结构的稳定性。但是目前在金属粒子表面包覆氮化硼壳层的工作较少，同时存在制备工艺复杂，原料昂贵，重复性差等问题，因此研究一种能够制备氮化硼包覆金属纳米粒子的核壳结构，同时制备方法简单，原料低廉是非常有必要的。

本发明发展了一种担载型或非担载型金属@h-BN核-壳纳米材料的制备方法。利用KBH₄或NaBH₄液相还原金属阳离子盐的方法制备金属与硼非晶合金纳米结构，在一定温度和还原气氛下，硼从内部向表面偏析，再通过在含氮气氛中(N₂或NH₃)进行氮化处理则得到金属@h-BN核-壳纳米结构材料。本方法制备过程简便、原料价格低廉、过程重复性好，操作安全可靠，可实现宏量制备，易于放大生产。

发明内容

本发明的目的是：提供一种制备过程简便、原料价格低廉、过程重复性好的担载型或非担载型过渡金属@h-BN核-壳纳米材料的制备方法。

本发明技术解决方案：一种担载或非担载型过渡金属@h-BN核-壳纳米结构的制备方法，如图13所示，步骤如下：