一种氮化硼纳米片的制备方法及以其为载体的催化剂的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及纳米材料制备领域及催化技术领域，具体是涉及一种氮化硼纳米片制 备方法，还具体是涉及以氮化硼纳米片为载体制备的催化剂，应用于有机反应催化。
【背景技术】
[0002] 纳米科学技术作为当代高科技和新兴学科发展的基础为我国的经济建设、国防实 力、科技发展乃至整个社会的进步产生了巨大的影响。六方氮化硼（h-BN)和石墨是两种结 构类似的无机材料，二者独特的结构特征使得它们在多个领域具有很好的应用前景。h-BN， 是典型的III _ V族化合物，呈白色，又被称为"白石墨"。其每一层都是由硼与氮原子交替排 列组成，在二维方向无限延伸形成六方形网格，层内由sp 2杂化形成的B-N共价键相连，层 间靠范德华力结合。h-BN有诸多优异的性能，比如高机械性能、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，并被广泛应用于飞机及火箭发动机喷口涂料、特种 陶瓷、高温高压固体润滑剂、航空航天中的热屏蔽材料、原子反应堆中的结构材料、甚至食 品添加剂。
[0003] h-BN有着类似于石墨的结构，其纳米量级的BNNS也有诸多特殊的性能。制备BNNS 的方法，主要有液相超声剥离法、机械剥离-等离子刻蚀法和化学气相沉积（CVD)法。超声 分散法为液相剥离法中操作最简单的，且因其价格相对低廉、可以大量制备产品及工业化 生产可行性等优点，引起了科研人员很大的兴趣与广泛的研宄。最近，美国汉普顿国家航空 航天研宄所Lin实验组利用绿色溶剂（水）来剥离h-BN，剥离过程中利用了水的强极性对 h-BN的剪切力，得到了横向尺寸相对于原始h-BN明显减少的少数层BNNS。但利用单纯的 溶剂剥离h-BN，产率低是制约其大范围应用的关键因素之一。
[0004] 随着石墨烯在催化方面展现的巨大应用潜力，h-BN用作催化剂载体也日渐引起人 们的重视。丹麦林比科学家Claus等最先将h-BN用作Ru催化剂载体，该催化剂在高温下 的寿命比碳或其它载体负载的Ru催化剂明显延长。台大Wu等人也合成了 Pt/h-BN催化剂 并用于高温氧化挥发性有机物。此外，h-BN负载的金属催化剂在炔烃的选择性还原反应 中的应用也受到了研宄人员的关注。但是由于h-BN缺陷少且比表面积小（21. 6m2/g)，作为 载体它与活性组分的作用力较弱，金属的负载量相对较小，因此限制了它在催化中的应用。
【发明内容】
[0005] 本发明提供了一种制备氮化硼纳米片的方法，解决了现有方法产率低的问题。应 用此方法可以在短时间内高产率（15%?20%)地得到少数层的氮化硼纳米片，而且溶剂 氯化亚砜可以使用较为简单的方法回收并重复利用。本发明进一步提供了以氮化硼纳米片 为载体制备的催化剂。所得催化剂在有机反应呈现了很好的催化作用，尤其对于芳香化合 物加氢反应。
[0006] 为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是： 一种制备氮化硼纳米片的方法，此法包括将六方氮化硼分散到氯化亚砜中，通过超声 一段时间后回收溶剂得到氮化硼纳米片。具体包括如下步骤： S1将六方氮化硼加入到氯化亚砜中； S2将S1中所得的体系置于超声波清洗机内超声； S3将S2中所得体系静置或离心，取上层分散液并回收溶剂，干燥即得一种氮化硼纳米 片。
[0007] 根据表面化学可知，分散相与溶剂的表面能越接近，两者混合后形成的焓越低，即 溶剂的表面张力在剥离中是关键的影响因素。六方氮化硼的表面能大约为44?66J/cm 2， 氯化亚砜的表面张力为36. lj/cm2,二者比较接近。而且氯化亚砜的强极性及活泼的化学 性质，可能会在剥离的过程中对六方氮化硼表面进行功能化修饰。另外，由于氯化亚砜的沸 点较低，易挥发等特点，使溶剂的回收处理较为简便。所以，步骤S1中优选氯化亚砜作为溶 剂。
[0008] 进一步地，步骤S1中六方氮化硼的浓度为1?10mg/ml。六方氮化硼的浓度对氮 化硼纳米片的产率有一定影响。浓度过大，由于溶剂量相对较少，对六方氮化硼的作用力较 弱，会降低氮化硼纳米片的产量；浓度过小，会造成溶剂的浪费。
[0009] 进一步地，步骤S2中超声的功率为50?500W，时间为5?48小时。超声的功率 和时间会对氮化硼纳米片的形貌和产量造成很大的影响。功率过小或时间过短，会使制得 的氮化硼纳米片厚度较厚且产率低；功率过大或时间过长，会减少制得的氮化硼纳米片的 横向尺寸。
[0010] 进一步地，步骤S3中离心的转速为500?8000rpm/min，时间为1?30分钟。静 置时间为10?40小时。静置或离心的时间会对氮化硼纳米片的形貌和产量造成很大的影 响。时间过短，片层较厚的氮化硼纳米片没有完全沉淀下去，会使制得的氮化硼纳米片厚度 较厚；时间过长，大量的氮化硼纳米片沉淀下去，降低产率。
[0011] 本发明还提供了一种以氮化硼纳米片为载体制备的催化剂，主要应用于有机反 应。该催化剂通过沉淀沉积法制备，以过渡金属中的一种或多种为活性组分，且负载的活性 组分的质量分数是1?10wt%。该催化剂在多种有机反应中都表现出较高的催化活性，尤 其是硝基苯加氢，具有与商业Pd/c相媲美的活性。反应结束后，催化剂可用过滤的方法回 收并重复利用，而且催化活性没有明显的降低。
[0012] 进一步地，所述的有机反应为芳香化合物的选择性加氢反应。
[0013] 进一步地，所述的有机反应为芳香硝基化合物加氢反应。
[0014] 进一步地，所述的有机反应为肉桂醛选择性加氢反应。
[0015] 进一步地，所述的有机反应为偶联反应。
[0016] 与现有技术相比，本发明制备氮化硼纳米片的方法简单、操作容易、条件温和且产 率高。本方法所用的溶剂氯化亚砜沸点较低，利于回收利用；而且制备的氮化硼纳米片层数 少，厚度小，纯度高。以氮化硼纳米片为载体的催化剂催化有机反应，其催化效果佳。本发 明的催化剂催化芳香硝基化合物加氢反应转化率高，后处理简单；催化肉桂醛加氢反应转 化率高，选择性高，后处理简单；催化Heck偶联反应，产率高，后处理简单。
【附图说明】
[0017] 图1为本发明制备的BNNS在氯化亚砜中的分散图； 图2为本发明制备的BNNS的原子力显微镜（AFM)图； 图3为本发明制备的Pd/BNNS的透射电子显微镜（TEM)图。
【具体实