[发明专利]硼碳氮化物纳米片及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种硼碳氮化物纳米片及其制备方法和应用，该制备方法包括将硼源、碳源、氮源混合，然后进行搅拌干燥和研磨得到非晶相前驱体，之后进行热处理，球磨和纯化即可；本发明的硼碳氮化物纳米片可以在超级电容器电极材料、隔热吸波材料或催化吸附材料中得以应用；本发明的制备方法通过球磨高温热处理，省去了在水溶液或其他溶剂中先分散再析出结晶的过程，从而节省了溶剂蒸发的能耗，降低了生产成本；本发明通过优化制作过程省去将原料溶于水或其他溶剂再析出的过程，而是将固态原料混合后，置于行星球磨机中进行混和均匀和细致化，增加原料接触面积，扩大反应，从而增加反应速率和反应程度。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种硼碳氮化物纳米片及其制备方法和应用。

背景技术

随着电子传感器、柔性显示器和健康监测器及可穿戴电子设备的快速发展以及新能源汽车和新型武器的开发，可穿戴和兼备快速储存及释放能量的储能设备越来越受到各界研究学者的关注。在多种储能器件中，超级电容器具有比功率密度高、充放电速度快和循环稳定性好等优点，被认为是未来储能应用中极具有前景的储能装置，电极作为超级电容器的核心装置被广泛研究。二维材料目前作为广泛应用的材料，二维(2D)层状材料，如石墨烯、硼碳氮化物、石墨烯的无机类似物(二硫化钼)、磷烯、六方氮化硼等。由于其独特的尺寸特性，已经显示了预期的能量存储能力。无机纳米材料是硼碳氮化物(BCN)，其主要由硼、碳和氮元素组成。六方氮化硼(h-BN)和氮化碳(CN)是具有宽禁带、高热导率和强紫外发光的半导体。二维BCN显示了从电子学到催化的潜在应用，然而制备BCN的方法耗时且需要高化学气相沉积仪器等，或者通过水热法制备，耗能大。

Prakash Krishnaiah利用水热法将所需量的活性炭、尿素和硼酸放入盛有水的烧杯中，超声处理30min，然后在65℃油浴中加热。直到混合物变成浆状。将浆料转移到石英舟中，并保存在管式炉中，在850℃下氮气氛中保持10h。(参见文献：“Fabrication of anodematerial for asymmetric supercapacitor device using polyaniline wrappedboroncarbonitride nanocomposite with enhanced capacitance”，PrakashKrishnaia.,et al,Journal of Alloys and Compounds,2020.848:p.156602)TetsuyaKida以三甲胺硼烷为粉末前驱体，采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法在Si衬底上制备了硼碳氮化物(BCN)薄膜。(参见文献：10.1016/j.vacuum.2009.02.011)M.S.Raghu使用水热法制备BCN材料应用于超级电容器电极的应用，使用活性炭、尿素和硼酸，以化学计量比浸泡在30mL的去离子水中作为溶剂，所得的混合物在60℃的烘箱中干燥24h，之后在管式炉中700-900℃下进行碳化3h，此过程繁琐复杂，且从水的混合溶液中烘干结晶过程易不匀析出，析出生长不均不宜剥离，不利于工业化生产，且耗能多。

郝霄鹏公开了一种利用冷冻干燥技术制备硼氮碳纳米片的方法，方法步骤为先将前驱体溶在水中，在进行冷冻干燥制得硼碳氮纳米片。这种方法耗时长且无法大量生产，生产麻烦，且对原料有溶于水的要求，来源不广泛。

通过上述文献虽然均能制备得到BCN产品，但均存在着操作温度高，且文献中水热法操作复杂且费时，而通常情况下，水热法需要烘干过程，耗时耗能，从而造成生产成本提高，不适于工业化生产。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明的首要目的是提供一种硼碳氮化物纳米片的制备方法，即将硼源、碳源、氮源进行混合，然后使用行星式球磨机进行搅拌干燥、热处理和研磨得到非晶相前驱体，其可以使各原料接触更加充分，从而达到混合均匀的效果。

本发明的第二个目的是提供上述硼碳氮化物纳米片。

本发明的第三个目的是提供上述硼碳氮化物纳米片的应用。

为达到上述首要目的，本发明的解决方案是：