[发明专利]一种利用冷冻干燥处理制备多孔硼碳氮纳米片的方法

说明书

一种利用冷冻干燥处理制备多孔硼碳氮纳米片的方法，包括以下步骤：(1)将硼源、碳源和氮源按比例混合，形成原料混合物，加水使原料混合物溶解，形成原料混合物溶液；(2)将原料混合物溶液冷凝固化后进行冷冻干燥处理；(3)将冷冻干燥得到的粉末在气氛保护或者真空环境下，800℃～1200℃反应0.5小时～12小时；(4)放入球磨机内球磨2小时～8小时；(5)待球磨产物冷却至室温后，清洗干燥处理，即得到多孔硼碳氮纳米片。该方法操作程序简单，有利于提高产率，降低成本；反应过程中的各种参数易于监测和控制，容易研究反应机理，找出最关键的影响因素，尽快稳定工艺条件；环境污染少，有利于环境保护。

技术领域

本发明涉及一种用于制备多孔硼碳氮(porous BCN)纳米片的方法，属于硼碳氮(BCN)纳米材料制备技术领域。

背景技术

近年来，二维材料由于其独特的片层结构和优异的物理、化学和电学性能，在各种领域表现出非常好的应用前景。BCN纳米片简单的可以认为是小时-BN和石墨烯晶格结构在二维平面内的混杂。由于BCN纳米片中各类原子含量可以调节，导致BCN纳米片具有各种结构形式，如BCN、BC₂N、BC₃N和BC₆N等等，因此BCN纳米片的性质也具有多变性。例如，当以石墨烯的C晶格结构作为基底时，B原子替换C原子进入晶格后，产生多余空穴，N原子替换进入晶格产生多余电子。BCN结构可以成为一种n型或者p型窄带隙半导体。同时，BCN纳米片的性能不仅与其结构密切相关，也与纳米片的具体形貌有关。因此除了调节BCN的组成结构以外，研究如何获得比表面积更大，片层更薄的纳米结构同样是BCN领域的研究热点。

从目前的研究成果可以看出，BCN纳米片的制备方法有很多，大体可以分为以下两类：一类是采用化学气相沉积的方法(Liu Z,Ma L,S小时i G,et al.In-plane小时eterostructures of grap小时ene and小时exagonal boron nitride wit小时controlled domain sizes.Nat Nano,2013,8(2):119-124)，另一类是采用三氧化二硼、三聚氰胺、葡萄糖等含有硼、碳和氮元素的物质进行固相合成，如中国专利文献CN106430128A公开的《一种超薄硼碳氮纳米片的合成方法》。到目前为止，所有制备方法均得到片层结构相对完整的BCN纳米片，但不能有效扩大BCN纳米片的比表面积。

发明内容

针对现有BCN纳米片制备技术存在的问题，本发明提出一种利用冷冻干燥处理制备多孔硼碳氮纳米片的方法，该方法冷冻干燥处理硼源、氮源和碳源的混合物，具有原材料便宜易得，反应条件简单，制备过程绿色无毒等特点。

本发明的利用冷冻干燥处理制备多孔硼碳氮纳米片的方法，包括以下步骤：

(1)将硼源、碳源和氮源按摩尔百分比为1～98％：1～98％：1～98％的比例混合，形成原料混合物，按水与原料混合物的摩尔比为10～1000：1的比例，加水使原料混合物溶解，形成原料混合物溶液；

(2)将原料混合物溶液冷凝固化后进行冷冻干燥处理；

(3)将冷冻干燥得到的粉末在气氛保护或者真空环境下，800℃～1200℃反应0.5小时～12小时；

(4)待反应产物冷却至室温后，球磨2小时～8小时；

(5)待球磨产物冷却至室温后，清洗干燥处理，即得到BCN纳米片。

步骤(1)中的硼源为硼酸、氧化硼、硼酸盐或其它含硼的有机物。

步骤(1)中的氮源为尿素、双氰胺、三聚氰胺或其它含氮物质。

步骤(1)中的碳源为葡萄糖、柠檬酸或其它含碳有机物。

步骤(3)中的气氛保护环境为氮气或氩气保护等环境。