新型h-BN的合成及性能研究

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由于六方型BN(h-BN)具有机械性能好、导热性能高、化学性质稳定、抗氧化能力强等特殊性能,其在润滑剂、热导材料、储氢材料、陶瓷、电工、催化、电子领域等有着潜在的应用价值。但到目前为止,h-BN在这些领域的中并没有得到广泛的应用,主要原因之一是至今还没有一种合适的方法合成出性能好的h-BN材料。目前合成h-BN的方法有电弧放电法、化学气相沉积法(CVD)、球磨退火法、前驱体高温热解法和模板法等。在这些方法中,电弧放电法、化学气相沉积法常被用于合成h-BN纳米纤维,但是这些方法操作复杂、成本较高且得不到高产量的h-BN纳米纤维产物。在高比表面积的h-BN合成研究中,前驱体法和模板法被认为相对有效的方法,但是前驱体法涉及的有效前驱体难于合成并且产量低,而模板法则难于合成高纯度的h-BN,且操作繁杂。因此寻求一种简便经济的方法来合成各种形态的h-BN将是非常有意义的研究工作。本文以价廉的KBH4和NH4Cl为原料,采用高温固相反应合成各种形态的h-BN。考察了生成各种形念的h-BN的影响因素。用XRD、FT-IR、SEM、TEM、XPS和低温N2吸附-脱附等手段对合成的样品进行表征,优化合成条件。并对各种形念的h—BN的形成机理进行了探讨,取得了以下有意义的研究结果:1.首次以水为反应体系,采用价廉、简便的方法合成出h-BN的前驱体,在以前驱体合成h-BN纳米纤维中发现:KCl熔融体系是形成多面体h-BN纳米纤维的关键因素。2.在低维高分散性h-BN纳米晶和类核壳h-BN的合成中,发现通过调节前驱体和NH4Cl物质量的比,在不同的反应温度条件下就能分别合成出低维h-BN纳米颗粒(2-8nm)、类核壳碟状h-BN纳米颗粒。3.利用h-BN低维纳米颗粒之间的团聚规律,通过调节反应时间,成功地合成出单孔、双孔结构的高比表面积h-BN。研究结果表明,KCl熔融体系能够促进h-BN纳米颗粒间团聚,有利于生成多孔高比表面积的h-BN。因此,通过对KCl物质量的调节,可以合成出高比表面积h-BN。该方法具有简便、经济的特点。4.利用KCl金属盐熔融体系促进h-BN颗粒之间团聚成孔,合成出了高比表面积的h-BN。将合成出的高比表面积的h-BN应用于以CO的催化氧化为模型的反应,结果显示,以其为载体,当Pt负载量为1%的时候最低转化温度为500 K,若对催化剂的制备条件进行优化,有望进一步提高其催化活性。因此,本研究合成的高比表面积h-BN有望成为催化反应的新型载体。
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