[发明专利]一种高产率、高结晶度的六方氮化硼纳米片及其制备方法

说明书

本发明为解决制备纳米氮化硼产率低、成本高、难以实现规模化的技术问题，提供了一种制备高产率、高结晶度的六方氮化硼纳米片及其制备方法。本发明通过制备亚微米级的氮化硼，并以其为球磨原料，利用亚微米氮化硼较小的颗粒尺寸和较大的比表面积和较多的活性位点，通过机械球磨法对亚微米级氮化硼进行有效剥离，可以大大增加剥离效率，获得的氮化硼纳米片大小均匀、结晶度高、产率高，具有很高的生产和应用价值。

技术领域

本发明属于材料制备领域，具体涉及一种高产率、高结晶度的六方氮化硼纳米片及其制备方法。

背景技术

六方氮化硼纳米片(BNNSs)，俗称“白石墨烯”，具有和石墨烯相似的导热性能和机械性能，而且还具有阴极发光效应、导电绝缘性、热稳定性及高温抗氧化性，这使得BNNSs具有巨大的应用市场和前景。然而，相对于石墨烯，六方氮化硼(h-BN)由于相邻层间存在离子键作用，层间范德华力较强，使得氮化硼比石墨更难插层和剥离。

目前BNNSs的制备方法，主要包括“自下而上”的气相沉积法和化学剥离法，以及“自上而下”的机械剥离法和超声辅助溶剂剥离法。其中气相沉积法要求温度较高，最高可达1800℃，设备成本高，难以大规模生产。化学剥离法，是借鉴了制备石墨烯的化学氧化法来实现有效剥离，即采用浓H₂SO₄、KMnO₄和H₂O₂对h-BN进行化学法剥离，该方法虽然能得到BNNSs，但产率很低，且原料不绿色不环保。机械球磨法，利用硬球在高剪切力和冲击力两种力的作用下，将块体h-BN剥离为少层或单层氮化硼纳米片，实践表明，若球磨时间短，剥离效率低，若球磨时间过长，则会破坏h-BN结构，导致其结晶度严重下降，晶体缺陷较多。

中国专利CN111137866A中公开了一种剥离h-BN制备氮化硼纳米片的方法，该方法利用柠檬酸钠表面活性剂提供离子进行插层作用，通过高温高压反应和反复的液相超声分散，对h-BN进行剥离，制备BNNS。该方法结合高温高压反应和超声辅助溶剂剥离法，其剥离效果并不理想，产率也较低。中国专利CN111320149A中公开了一种六方氮化硼纳米片分散液的制备方法，该方法采用硼酸和工业级h-BN为原料，进行机械球磨，通过分级梯度离心处理，得到不同纳米片尺寸的h-BN分散液。该方法获得的产品，尺寸大小不一，需要分级多次进行离心分离，才能获得较小尺寸的BNNs，小尺寸的BNNs产率较低。宋晓玲等(超临界CO₂制备h-BN纳米片及其负载钴催化性能研究[J],现代化工,2018(38):9,164-167)以h-BN为前驱体，采用超声辅助超临界CO₂剥离法制备了厚度小于50层的BNNSs，该方法利用超临界CO₂进行剥离，设备成本较高。陈安慧等(氮化硼纳米片的规模化制备工艺探讨,张平奇,大连理工大学硕士论文，2016年6月)结合球磨法和超声辅助剥离方法，利用尿素为干粉球磨试剂，氮化硼与尿素比例为1：20，球磨时间10h，超声分散2h，制备出氮化硼纳米片，剥离效率为43％，分散液浓度最高达到2.7mg/mL，球磨后的产物需放入渗析带中进行透析处理去除尿素。上述“自上而下”的剥离方法，虽然都能得到BNNs，但剥离效果不高，BNNs产率较低，且尺寸不均匀，难以实现规模化。

发明内容

为解决上述制备纳米氮化硼产率低、成本高、难以实现规模化的技术问题，本发明利用亚微米氮化硼较小的颗粒尺寸、较大的比表面积和较多的活性位点的特点，通过机械球磨法对亚微米级氮化硼进行有效剥离，可以大大增加剥离效率，获得的氮化硼(h-BN)纳米片大小均匀、结晶度高、产率高，具有很高的生产和应用价值。

本发明的目的之一在于提供一种高产率、高结晶度的六方氮化硼纳米片的制备方法，包括将碳氮化合物和含硼化合物先通过固相法制备亚微米级氮化硼，然后将得到的亚微米级氮化硼经过球磨后得到所述的六方氮化硼纳米片。所述的制备方法具体包括以下步骤：

步骤一、将碳氮化合物和含硼化合物均匀混合后，加热保温；

步骤二、降温至室温后，再升温进行高温焙烧；