[发明专利]一种熔融体气泡模板法制备均匀孔介孔氮化硼的方法

说明书

一种熔融体气泡模板法制备均匀孔介孔氮化硼的方法是将氮源、硼源和辅助剂混合，在220℃～500℃保温0.1‑2小时，随后在700℃保温1‑20分钟，造孔得到前驱体；在氮气、氮氢混合气、或氮氨混合气中，在900～1300℃热解，获粗产物，在盐酸中洗涤、过滤，去离子水及乙醇清洗得到多孔氮化硼粉末。本发明具有产物比表面积为150～600m²/g，孔径最可几尺寸为18‑25 nm，技术路线简单，适合大量制备的优点。

技术领域

本发明属于多孔氮化硼的制备技术，尤其涉及一种熔融体内纳米气泡模板制备均匀孔径分布，高比表面积介孔氮化硼的方法。

背景技术

多孔氮化硼，具有优异的化学稳定性、热稳定性和优异的抗氧化性能。同时也具备了低密度、高孔隙率、大比表面积的特点，在污水处理、气体吸附(净化)、储氢、催化剂载体以及非金属催化等方面有着巨大的应用价值，是近年来国内外研究者的关注焦点之一。但目前大宗商品化六方氮化硼主要为微米级产品，比表面积多小于20㎡/g，有关大比表面积多孔氮化硼还不多见。

最近几年，有关多孔氮化硼材料的合成报道在深度和广度上都有巨大的进步。这些多孔氮化硼材料的主要的制备方法有以下几种。（1）在氮气、氩气等保护气气氛下热解氨硼烷等有机硼烷，如王学斌等使用了“化学发泡法”，得到了多孔氮化硼（Adv. Mater. 23(2011) 4072-4076）；（2）以唐成春课题组为代表的两段法获取微孔氮化硼则先合成硼酸•三聚氰胺前驱体，随后热解；（3）Sofia Marchesini等人通过尿素、硼酸在惰性气氛下的煅烧也是一种典型的白石墨烯合成方法，代表了另一类多级孔氮化硼的制备方法。(MicropMesopor Mater 243 (2017) 154-163)。尽管多级孔材料具有传质等方面的优势，但不利于气体/液体的选择性分离等特定应用。

类似于介孔碳及介孔硅的CMK、SBA等系列材料，规则结构的介孔氮化硼的应用前景广阔，但目前还不能通过水热反应、液晶软模板法获取，进展不大。（4）利用其他单一孔径的模板材料复刻获取相应多孔氮化硼则是另一类常见的制备策略，如使用介孔碳、二氧化硅硬模板（CMK-3、SBA-15），前者可通过碳热置换获取对应孔结构的氮化硼，而后者在氮化硼复刻后通过化学腐蚀手段除去SiO₂从而获取相应的介孔氮化硼纳米材料(J. Mater.Chem. 15 (2005) 1917-1923)。

综上所述，目前孔相对规则的介孔氮化硼在制备方面还有诸多不足。如化学发泡法所使用的原料为价格昂贵的氨硼烷，生成的多孔氮化硼的比表面积小于150m²/g；而模板法所用传统模板需要预先加工模板，再去除模板，工艺复杂，还会有模板残留。这些多孔氮化硼的制备路线受有机硼氮源、硬模板的影响，难以使用大宗商品化硼源、氮源，在较大尺度获取规则介孔氮化硼材料（如10克级以上）方面存在困难，制约了介孔氮化硼在氢能源存储，二氧化碳吸附以及溢油、废水等环境降害领域的研究和应用探索。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供了一种高效、可规模化制备孔径相对规则介孔氮化硼的方法。

本发明使用最常规的大宗的化学硼源、氮源，核心在于结合熔融盐技术和气泡模板技术，将造孔获取前驱体和高温煅烧氮化两段分离，具有简便、高效、低成本的特点。

具体是通过以下技术方案实现的：

（1） 第一段：低温煅烧造孔得前驱体，煅烧过程中尿素呈熔融状态，硼酸和尿素则会形成(BO)_x(BN)_y的前驱体，同时硼源、氮源缓慢分解，原位生成纳米气泡，充当了模板，当产气原料耗尽，则得到前驱体多孔结构，本阶段煅烧无需特定气体保护。

具体的是将氮源、硼源和辅助剂按质量比3～8: 1: 0.001～0.05混合，在220℃～500℃保温0.1-2小时，随后在700℃保温1-20分钟，造孔得到前驱体；