[发明专利]一种二维氮化硼纳米片的制备方法

说明书

一种二维氮化硼纳米片的制备方法，涉及氮化硼纳米片。以块状六方氮化硼为原料，按照氮化硼原料与受热后能完全分解成气体的固态插层剂的质量比1︰(5～50)，将氮化硼原料与插层剂预混合均匀后，得混合物；将预混合后的混合物放入球磨罐中，按照球料比(6～80)︰1加入大小不一的球磨珠，且控制总装料量为球磨罐容积的1/3～2/3，以100～400r/min的转速搅拌球磨2～12h，通过球磨使氮化硼原料产生边缘缺陷然后插层剂嵌入氮化硼中实现插层，得到插层剂物理插层氮化硼混合物，呈均匀的白色固态混合物；将得到的白色固态混合物升温，得到固态二维氮化硼纳米片粉末；或将分散在异丙醇中即得到二维氮化硼纳米片分散液。

技术领域

本发明涉及氮化硼纳米片，尤其是涉及利用受热后能完全分解成气体的固态插层剂的二维氮化硼纳米片的制备方法。

背景技术

自2004年英国曼彻斯特大学教授Geim等采用胶带剥离法首次从石墨中剥离出石墨烯以来，二维材料的结构、性质及潜在的应用，越来越引起研究人员的广泛关注。六方氮化硼(h-BN)，俗称“白石墨”，对应的二维氮化硼纳米片则被称为“白色石墨烯”。相比于石墨烯，二维氮化硼纳米片具有高的热导、高强度的力学性能、更高的热与化学稳定性、绝缘性(5.5eV宽带半导体)、深紫外发光性能等众多优异的物理化学性质。这些独特性质赋予二维氮化硼纳米片不同于石墨烯的性能和应用。但是由于合成工艺的限制，二维氮化硼纳米片未能像石墨烯那样得到广泛而深入的研究。其本质原因在于六方氮化硼晶体层与层之间不仅存在范德华力而且还存在较强的离子键作用，这也使得二维氮化硼纳米片的制备远难于石墨烯的制备。

现有的二维氮化硼纳米片的制备方法主要包括机械剥离法(J.Mater.Chem.,2011,21,11862-11866)、气相沉积法(J.Am.Chem.Soc.2013,135,6758-6761)和液相剥离法(Adv.Mater.2009,21,2889-2893)等。机械剥离法又包括微机械剥离法和球磨法，微机械剥离法可控性较差，制得的二维氮化硼纳米片尺寸较小且存在很大的不确定性，同时效率低，不适合大规模生产。为了克服这一缺点，通过CVD可以成功制备大面积的二维氮化硼纳米片，但是CVD处理条件苛刻，操作过程比较复杂，能量消耗大且不适合大规模生产。球磨法作为机械剥离法的另一种方法，在工业和实验室都被广泛应用。利用机械球磨法直接从廉价的六方氮化硼剥离制备单层或多层二维氮化硼纳米片，不仅原料易得，设备简单而且机械球磨法一直以来都以其高效率，低成本而备受人们青睐。因此，在现有的众多方法中，机械球磨剥离法被认为是大量快速制备二维氮化硼纳米片最有效的途径。近来，一种气相剥离二维材料的新方法被提出来，该方法采用无毒液氮气化方法宏量剥离制备二维少层纳米材料，提出了气相剥离二维材料的新思路。该法将六方氮化硼高温加热膨胀，再快速浸入低温液氮中，液氮渗入六方氮化硼层间并发生气化，进而剥离h-BN，通过多次重复，得到少层类石墨烯二维氮化硼纳米片。但是该法具有一定的危险性：高温物体快速浸入液氮，容易产生大量气体。此外，该法得到的二维氮化硼纳米片尺寸过小。

在机械球磨法中，利用氢氧化钠或者氢氧化钠和氢氧化钾混合物作为介质对六方氮化硼进行湿法球磨是现有制备二维氮化硼纳米片的一种常用方法(Nano Lett.2015,15,1238-1244),然而由于强碱与氮化硼的反应较强，且对氮化硼的结构破坏较大，因此所得二维氮化硼纳米片的产率(<20％)和质量较低，难以满足大规模制备的需求。最近利用尿素为球磨介质与六方氮化硼进行球磨，可以将六方氮化硼剥离成表面氨基功能化的二维氮化硼纳米片，虽然该法的产率较强碱球磨法较高(>20％)，但所得二维氮化硼纳米片的尺寸过小，极大地限制了其应用前景与潜力(Nat.Commun.2015,6.)。因此，发展一种简单且能大规模生产高质量的二维氮化硼纳米片的机械球磨方法，不仅对二维氮化硼纳米片的基础研究有着重要的意义，还能有力地推动二维氮化硼纳米片的实际应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供成本低廉、操作简单、产率高且易于大量生产，并能够有效保证二维氮化硼纳米片的产率和质量的一种二维氮化硼纳米片的制备方法。