[发明专利]一种二维氮化硼纳米片的超临界制备方法

说明书

本发明提供一种二维氮化硼纳米片的超临界制备方法。以氨基钠和硼氢化钠作为反应前驱体，加热进行反应得到三方氮化硼；用超临界流体剥离三方氮化硼，将产物超声分散并离心分离去除大体积的氮化硼颗粒，得到剥离好的二维氮化硼粉末。本发明所公开的方法中超临界二氧化碳易于控制、易于实现、可再次回收利用，可以对三方氮化硼插层和剥离，得到ABC方式排列的二维氮化硼纳米片，具备制备简单、成本低、易于工业化批量生产的特点。

技术领域

本发明涉及二维氮化硼制备领域，尤其涉及一种超临界流体剥离三方氮化硼制备二维氮化硼纳米片的方法。

背景技术

二维氮化硼纳米片具有良好的润滑性、电绝缘性、耐化学腐蚀性、高热导率等，可用作润滑剂、耐火材料、抗氧化添加剂、绝缘材料、散热部件、热屏蔽材料、防止中子辐射的包装材料、耐高温电子器件材料和很有前途的声光电材料等。

六方氮化硼，每一层都是由B原子和N原子按照sp²杂化方式交替排列组成的无限延伸的六边形，这些原子层再沿C轴方向按照ABAB……方式排列，晶格常数a＝b＝0.25nm，c＝0.66nm，在同一层内，B和N原子之间靠共价键结合起来，层与层之间则以范德华力相结合。三方氮化硼属于三方晶系，它的结构和六方氮化硼非常相似，每一层同样是由B原子和N原子按照sp²杂化方式交替排列组成的无限延伸的六边形网格，区别是这些原子层在C轴方向上按照ABCABC……方式排列，晶格常数a＝b＝0.25nm，c＝1.00nm，在每一层内，B和N原子之间靠很强的共价键结合起来，层与层之间则以弱的范德华力相结合。剥离三方氮化硼和六方氮化硼形成的单原子层BN结构完全一样，剥离形成的少层二维氮化硼纳米片分别以AB和ABC方式排列。不同的堆叠方式意味着结构与性能的差异，参照石墨烯不同堆叠形式带来各种物化性质的改变，剥离三方氮化硼得到的ABC方式排列的二维氮化硼纳米片是一类区别于剥离六方氮化硼得到的AB方式排列的二维氮化硼纳米片的新材料。

发明内容

提出了一种二维氮化硼的制备方法，尤其涉及一种超临界流体剥离三方氮化硼制备二维氮化硼纳米片的方法。由于氮化硼结构中B原子与N原子的电负性差异使得原子层之间的作用力除范德华力外还带有部分离子键性质的作用力，被称作lip-lip作用，相比石墨烯而言，氮化硼的剥离难度更高。六方氮化硼与三方氮化硼结构类似，但是六方氮化硼更为常见，其AB堆叠方式使层间的B原子与N原子正对且交替出现，此种结构更为稳定，结合力更强。三方氮化硼层间的B原子与N原子没有一一正对，可理解为六方氮化硼的错位形式，这也就是三方氮化硼较为少见的原因，从能量角度分析，三方氮化硼片层更容易剥离开。

本发明采用如下技术方案：

一种二维氮化硼纳米片的超临界制备方法，包括如下步骤：

(1)以氨基钠和硼氢化钠作为反应前驱体，放入不锈钢反应釜中，加热进行反应，产物用无水乙醇、浓盐酸和去离子水清洗后，在真空烘箱里烘干备用；

(2)将三方氮化硼粉末和聚乙烯吡咯烷酮加入到无水乙醇和水的混合液中，超声分散后转移到超临界高压反应釜中，注入CO₂进行超临界反应，将产物取出超声分散，离心分离去除大体积的氮化硼颗粒，将上清液烘干，得到剥离好的二维氮化硼粉末。

步骤(1)中的氨基钠和硼氢化钠的摩尔数比为3∶2。

步骤(1)中的加热以10℃/min的速率从室温升至550℃，在550℃维持20-24h。

步骤(2)中的三方氮化硼粉末和聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1∶4。

步骤(2)中的超临界反应的温度为40℃，时间为2-10h。

步骤(2)中的离心转速为3000-4500r/min，离心时间为15-45min。

本发明具有如下优势：