一种掺杂六方氮化硼纳米片及其制备方法和以其为载体的催化剂及应用

文档序号:9538251阅读:857来源:国知局
一种掺杂六方氮化硼纳米片及其制备方法和以其为载体的催化剂及应用
【技术领域】
[0001] 本发明设及纳米材料制备领域及催化技术领域,具体是设及渗杂六方氮化棚纳米 片及其制备方法,还设及W此渗杂六方氮化棚纳米片为载体制备的催化剂,用于催化有机 反应。
【背景技术】
[0002] 六方氮化棚(h-BN)和石墨締是两种结构类似的无机材料。石墨締是单层的石墨, 由碳原子通过sp2杂化排列而成,是一种具有平面六方蜂窝状晶格的材料。广泛应用在电 子器件、传感器、催化剂、超级电容器、保护层等领域。h-BN,是典型的III-V族化合物,呈白 色,又被称为"白色石墨締"。其每一层都是由棚与氮原子交替排列组成,在二维方向无限延 伸形成六方形网格,层内由sp2杂化形成的B-N共价键相连,层间靠范德华力结合。h-BN的 优点是:高机械性能、高热导率、高耐热性、低热膨胀系数、耐化学腐蚀性、低摩擦系数等。被 广泛应用于飞机及火箭发动机喷口涂料、特种陶瓷、高溫高压固体润滑剂、航空航天中的导 热材料、原子反应堆中的结构材料和食品添加剂。
[0003] 近年来,科研人员在氮化棚制备与应用方面取得重要进展。中国专利CN104617180 公开了浙江大学林明胜等人采用在石墨締与氧化锋之间引入六方氮化棚绝缘层,制备了一 种紫外探测器,有效减少了器件的电流外漏。中国专利CN104940992公开了中南大学帅词 俊等人利用激光快速成型技术制备的氮化棚纳米管/陶瓷复合骨支架,在保持陶瓷生物学 性能的基础上,大大改善了其强度与初性。中国专利CN104944417公开了中国科学院上海 微系统与信息技术研究所陈吉等人采用热释放胶带法将石墨締贴合在氮化棚上,制备了 一种石墨締-氮化棚异质结,为后期制备石墨締电子器件奠定了良好的基础。中国专利 CN104558323公开了制备一种高水溶性纳米六方氮化棚及其聚合物复合水凝胶的方法,解 决了传统水凝胶机械性能差、响应性差和保水性差的问题。氮化棚与其它材料结合或通过 渗杂的方式在氮化棚纳米材料中引入杂原子,可W调节氮化棚的电子结构,改善其化学反 应性能,进而拓展其在电子器件、复合材料、生物支架和催化等领域的应用。因此,研究出适 用范围更广的氮化棚纳米材料,具有重要的价值。

【发明内容】

[0004] 本发明的第一目的在于提供一种渗杂六方氮化棚纳米片及其制备方法W解决现 有的问题。
[0005]为了实现上述的目的,采用如下的技术方案: 一种渗杂六方氮化棚纳米片的制备方法,包括W下步骤: (1) 将杂原子的单质或化合物、棚的单质或化合物、氮的化合物加入适量水中,充分揽 拌后除水干燥; (2) 将步骤(1)所得固体研磨后置于管式炉中,程序升溫至800-1200 °C,在惰性气体 保护下反应,反应结束后在惰性气氛中冷却至室溫; (3)将步骤(2)所得固体取出研磨,放入热水中蒸煮,趁热过滤,用大量热水和乙醇冲 洗,干燥后得到渗杂六方氮化棚纳米片。
[0006] 本发明采用的制备方法是高溫热解法,即固体混合物在高溫下热解再键合得到产 物。该方法通过调节原料中各元素的配比来实现纳米材料的可控制备。运种方法简便易操 作,可一次性大量制备,且产物是少数层材料。步骤(2)中在管式炉中反应采用的是程序升 溫的方式。溫度骤升,不仅对设备有损害,而且也不利于片层的形成。采用程序升溫的方式, 有利于解决上面的问题。在惰性气体保护下冷却,不仅避免了在高溫条件下空气对产物的 影响,而且气体形成的气流也有利于缩短冷却的时间。步骤(3)中放入热水中蒸煮,目的是 除去在赔烧过程中产生的无机物杂质。渗杂六方氮化棚纳米片不溶于水,而其它部分物质 巧曰棚酸、氧化棚、憐的氧化物)会溶于热水中,趁热过滤,然后用大量水和乙醇洗涂,即可得 到纯的渗杂六方氮化棚纳米片。
[0007] 进一步地,步骤(1)所述杂原子为碳,所述碳的质量分数为所述渗杂六方氮化棚纳 米片的55-65% ;所述碳原子的单质包括石墨締或活性炭中的一种或几种,所述碳原子的化 合物包括乳糖或巧四簇酸酢中的一种或几种。
[0008] 进一步地,步骤(1)所述杂原子包括氣或憐中的一种或几种,所述杂原子的质量分 数为所述渗杂六方氮化棚纳米片的2-15% ;所述杂原子的单质或化合物包括赤憐、憐酸酢 或氣化巧中的一种或几种。
[0009] 进一步地,步骤(1)所述氮的化合物包括尿素、=聚氯胺、缩二脈或盐酸脈中的一 种或几种。
[0010] 进一步地,步骤(1)所述棚的化合物包括棚酸、苯棚酸、棚氨化钢或蔥棚酸中的一 种或几种。
[0011] 通过上述方法制备得到的渗杂六方氮化棚纳米片,可W改变六方氮化棚单层的几 何结构、磁性性质或电子自旋等物理特性,可W进一步拓宽其应用领域。
[0012] 本发明的第二目的在于提供一种W渗杂六方氮化棚纳米片为载体的催化剂,所述 载体负载的活性组分为过渡金属中的一种或多种。
[0013] 进一步地,所述催化剂是通过沉淀沉积法制备,所述活性组分质量分数是1-12 %。
[0014] 本发明的第=目的在于提供一种W渗杂六方氮化棚纳米片为载体的催化剂的应 用,可W作为有机反应的催化剂。
[0015] 进一步地,所述有机反应包括芳香硝基化合物的加氨反应、芳香化合物选择性加 氨反应和偶联反应。反应结束后,催化剂可用过滤的方法回收并重复利用,且催化活性没有 明显的降低。
[0016] 与现有技术相比,本发明采用的制备方法是高溫热解法,通过调节原料中各元素 的配比来实现纳米材料的可控制备。本发明的制备方法简单,操作容易,产率高,制备的渗 杂六方氮化棚纳米片层数少,厚度小,纯度高,质量好。W此方法制备的纳米片作为催化剂 载体,有利于提高金属纳米粒子的分散性、提高贵金属纳米粒子的催化活性。在包括芳香硝 基化合物的加氨反应、芳香化合物选择性加氨反应和偶联反应的有机反应中,催化剂的催 化作用强,反应物转化率高,后处理简单。
【附图说明】
[0017]图访本发明实施例2制备的PBN纳米片的场发射扫描电镜(FESEM)图; 图2为本发明实施例7制备的Pd/CBN的透射电子显微镜(TEM)图。
【具体实施方式】
[0018] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明作进一 步地详细描述。
[001引 实施例1 一种碳渗杂氮化棚纳米片(CBN)的制备方法: 取0.31 g棚酸,0.78 g巧四簇酸酢,7.2 g尿素,加入到100血的烧瓶中,再加入适量 蒸馈水,揽拌0.化后旋蒸除水,在65°C条件下干燥过夜。将得到的固体研磨均匀后,放进管 式炉中。在惰性气氛中,程序升溫至900 °C,并在该溫度下保持化。反应结束后,在惰性气 体保护下冷却至室溫,取出产物,将其研磨,在90°C的热水中煮0. 5-比。趁热过滤,用大量 热水和95%乙醇依次洗涂数次。最后,将滤饼置于真空干燥箱中干燥,称重。
[0020] 实施例2 一种憐渗杂氮化棚纳米片(PBN)的制备方法: 取0.62 g棚酸,0.31 g赤憐,7.2 g尿素,加入到100血的烧瓶中,再加入适量蒸馈水, 揽拌0.化后旋蒸除水,在65°C条件下干燥过夜。将得到的固体研磨均匀后,放进管式炉中。 在惰性气氛中,程序升溫至l〇〇〇°C,并在该溫度下保持化。反应结束后,在惰性气体保护下 冷却至室溫,取出产物,将其研磨,在90°C的热水中煮0. 5-比。趁热过滤,用大量热水、甲苯 和95%乙醇依次洗涂数次。最后,将滤饼置于真空干燥箱中干燥,称重。将PBN纳米片做场 发射扫描电镜(FESEM)测试。如图1所示,PBN纳米片层数少,厚度小,纯度高,质量好。 [00 21] 实施例3 一种碳渗杂氮化棚纳米片(CBN)的制备方法: 取0.11 g棚,0.78 g巧四簇酸酢,7.2 g尿素,加入到100血的烧瓶中,再加入适量蒸 馈水,揽拌0.化后旋蒸除水,在65°C条件下干燥过夜。将得到的固体研磨均匀后,放进管式 炉中。在惰性气氛中,程序升溫至900 °C,并在该溫度下保持化。反应结束后,在惰性气体 保护下冷却至室溫,取出产物,将其研磨,在90°C的热水中煮0. 5-比。趁热过滤,用大量热 水和95%乙醇依次洗涂数次。最后,将滤饼置于真空干燥箱中干燥,称重。
[002引 实施例4 一种碳渗杂氮化棚纳米片(CBN)的制备方法: 按照碳的质量分数为渗杂氮化棚纳米片55%的比例称取苯棚酸,石墨締(或者活性炭), S聚氯胺,加入到100 mL的烧瓶中,再加入适量蒸馈水,揽拌0.化后旋蒸除水,在65°C条件 下干燥过夜。将得到的固体研磨均匀后,放进管式炉中。在惰性气氛中,程序升溫至80(TC, 并在该溫度下保持地。反应结束后,在惰性气体保护下冷却至室溫,取出产物,将其研磨, 在90°C的热水中煮0. 5-比。趁热过滤,用大量热水和95%乙醇依次洗涂数次。最后,将滤 饼置于真空干燥箱中干燥,称重。
[002引 实施例5 一种碳渗杂氮化棚纳米片(CBN)的制备方法: 按照碳的质量分数为渗杂氮化棚纳米片65%的比例称取棚氨化钢,乳糖,缩二脈,加入 到100 mL的烧瓶中,再加入适量蒸馈水,揽拌0.化后旋蒸除水,在65°C条件下干燥过夜。 将得到的固体研磨均匀后,放进管
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