少層六方氮化硼的制備及其復(fù)合金屬納米材料的應(yīng)用

      h-BN納米材料作為近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的新型二維納米材料,具有很多優(yōu)異的物理特性和化學(xué)性能,使其在治理環(huán)境水質(zhì)污染方面、可再生能源工業(yè)化方面、新型微納米電子器件方面都具有很大的應(yīng)用前景。目前,高質(zhì)量和可工業(yè)放大生產(chǎn)的層狀h-BN的制備成為氮化硼商業(yè)化應(yīng)用的限制因素。

      本文以商業(yè)化h-BN粉末為前驅(qū)體,采用次氯酸鈉水溶液輔助球磨剝離方法開發(fā)出低成本、高產(chǎn)量的少層h-BN。這種方法可以獲得少層(2-4層)h-BN,并且h-BN層狀面內(nèi)結(jié)構(gòu)損壞小,產(chǎn)品的產(chǎn)率高達(dá)21%。以少層h-BN為載體,Ag納米顆粒為催化劑,在NaBH4存在條件下有效地催化還原對(duì)硝基苯酚轉(zhuǎn)化為對(duì)氨基苯酚,得到的一級(jí)反應(yīng)速率常數(shù)為7.13×10-3s-1,大于商品h-BN負(fù)載Ag納米粒子的一級(jí)反應(yīng)速率常數(shù),并且催化劑具有較好的穩(wěn)定性,可以循環(huán)利用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,穩(wěn)定的剝離過(guò)程可以為h-BN基層狀材料的一系列重要應(yīng)用開辟道路。

      進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)中利用新鮮制備的氯化四氨合銅,氯化六氨合鈷和氯化六氨合鎳等做為金屬前驅(qū)體,與硼氫化鉀混合球磨得到熱分解前驅(qū)體,然后在900℃、氮?dú)夥諊卤簾?h制備出少層六方氮化硼分別包裹納米銅、鈷、鎳及鈷鎳合金(M@h-BN)的復(fù)合材料,實(shí)現(xiàn)了少層h-BN(約5?15層)的一步合成及具有規(guī)定尺寸的金屬納米粒子的同步還原。其中CoNi@h-BN表現(xiàn)出較好的催化氨硼烷析氫的活性與穩(wěn)定性,實(shí)驗(yàn)測(cè)得的活化能Ea為28 kJmol-1,低于文獻(xiàn)報(bào)道的大多數(shù)金屬基催化劑的活化能(Ea)。性能的提高歸因于封裝后CoNi NPs的電子結(jié)構(gòu)變化以及h-BN和氨硼烷的基本位點(diǎn)之間的強(qiáng)相互作用。

      此外,CoNi@h-BN表現(xiàn)的軟磁性可以容易地循環(huán)利用,并保持高催化活性甚至再循環(huán)5次。Co@h-BN,Ni@h-BN,Cu@h-BN)復(fù)合材料表現(xiàn)出較強(qiáng)的熱穩(wěn)定性、磁性和較高的導(dǎo)熱系數(shù)。尤其是Cu@h-BN的導(dǎo)熱系數(shù)為253.7 Wm-1K-1,其熱穩(wěn)定性可以高達(dá)414℃,復(fù)合樣品優(yōu)異的性能為小巧或封裝級(jí)的電子設(shè)備的熱管理提出潛在解決方案。結(jié)合DSC-TG分析和物理化學(xué)表征結(jié)果,提出了M@h-BN的可能形成機(jī)理。同時(shí),這種新型合成策略有望在電化學(xué)傳感器,高導(dǎo)熱粘合劑材料和燃料電池領(lǐng)域獲得應(yīng)用。