ACS Omega：高產(chǎn)率和結(jié)晶度的h-BN納米片的合成與表征

如今，氮化硼（BN）由于其物理和化學(xué)性能，如耐高溫，抗氧化，導(dǎo)熱，電絕緣和中子吸收等，引起了極大的關(guān)注。BN獨(dú)特的層狀、網(wǎng)狀和管狀形態(tài)及理化性能使其在吸附、催化、儲(chǔ)氫、熱傳導(dǎo)、絕緣、電子器件介質(zhì)基板、輻射防護(hù)、高分子復(fù)合材料、醫(yī)藥等領(lǐng)域具有吸引力。文中提出了一種通過兩步法生產(chǎn)氮化硼納米片（BNNSs）的新方法。采用掃描電鏡、透射電子顯微鏡、原子力顯微鏡、XRD、FTIR等手段對(duì)所制備的BNNS的結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了表征.結(jié)果表明，所制備的BNNS具有較高的結(jié)晶度，h-BN的剝離效率以及BNNS的性能和收率均得到提高，BNNS制備的成本和環(huán)境污染也相應(yīng)降低。

六方氮化硼（h-BN）被稱為白色石墨。作為石墨的等電子體，具有類似石墨烯的二維層狀結(jié)構(gòu)的h-BN表現(xiàn)出優(yōu)異的絕緣性、導(dǎo)熱和熱穩(wěn)定性。h-BN具有耐高溫、耐壓、耐化學(xué)腐蝕、抗氧化性能、良好的中子輻射屏蔽性能，是一種性能優(yōu)良、發(fā)展?jié)摿薮蟮男滦筒牧稀-BN面內(nèi)B和N原子由σ共價(jià)鍵連接，形成蜂窩狀結(jié)構(gòu)，層間導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)300 W/（m·K），在900 °C時(shí)仍能保持其性能。由于B和N原子的p軌道能量不同，亞晶格的對(duì)稱性被破壞，使h-BN具有高帶隙寬度（5-6 eV）和成為理想絕緣材料的能力。傳統(tǒng)的h-BN晶體粒徑大，比表面積低，對(duì)其他化學(xué)物質(zhì)具有天然耐受性，并且缺乏表面水平的分子結(jié)合位點(diǎn)，這使得h-BN難以與其他材料接口。通過深度功能化和納米化h-BN，不僅可以改善h-BN的比表面積活性位點(diǎn)，還可以增加h-BN與其他分子的相容性，這將打開h-BN材料在許多其他新興領(lǐng)域的應(yīng)用，如航空航天，生物醫(yī)學(xué)、電子學(xué)、儲(chǔ)氫等等。

亞微米級(jí)h-BN的制備

稱取三聚氰胺、氟化鈉和硼酸，按比例混合，然后將混合物壓成片狀，然后在恒溫烘箱干燥12小時(shí)。將干燥后的物料放入中頻感應(yīng)爐中，進(jìn)行高溫固相反應(yīng)。經(jīng)過破碎、洗滌、酸洗、過濾、干燥等，得到亞微米h-BN。按照相同的程序，通過高溫固態(tài)反應(yīng)制備了h-BN，包括氯化鉀，氯化鈣和氯化鈉，以研究不同的熔鹽如何影響h-BN的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。

圖  固體硼氮源加熱后反應(yīng)的流程圖

亞微米級(jí)h-BN的制備

將亞微米級(jí)h-BN和水按一定比例加入到行星球磨機(jī)中，加入不同尺寸和比例的氧化鋯球，并采用正反轉(zhuǎn)交變操作調(diào)節(jié)行星轉(zhuǎn)速和z軸轉(zhuǎn)速，進(jìn)行球磨工藝。球磨完成后檢測(cè)樣品。之后，用水洗滌氧化鋯球以收集洗滌溶液，然后通過真空過濾與孔徑為0.22μm的微孔膜進(jìn)行。將樣品用蒸餾水洗滌幾次，然后分散到蒸餾水或乙醇中，得到BNNS分散體，然后通過真空干燥獲得BNNS粉末。

亞微米大小的h-BN首先采用高溫固相法合成。反應(yīng)溫度、反應(yīng)介質(zhì)、反應(yīng)時(shí)間等反應(yīng)條件對(duì)h-BN的結(jié)構(gòu)和形貌有較大影響。反應(yīng)溫度在900~1200 °C，反應(yīng)時(shí)間在8~10 h范圍內(nèi)，合成的h-BN顆粒均勻，結(jié)晶度高，粒徑亞微米。然后，以亞微米級(jí)h-BN為球磨原料，通過濕球磨技術(shù)有效去角質(zhì)。本研究結(jié)果表明，通過適當(dāng)調(diào)整球料比、球磨助劑等因素，可以獲得粒徑分布均勻、收率73%高、后處理簡(jiǎn)單、污染少等優(yōu)點(diǎn)的BNNS。