多孔氮化硼:极具应用前景的材料

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自从氮化硼成为材料界的新星后,对其应用的拓展研究逐渐得到了大伙儿的重视。在这人过程中,科学家发现,相对于普通块状的氮化硼来说,多孔氮化硼但是具有较高的比皮层 积,但是应用范围更广泛,在吸附剂、催化剂载体、储氢材料等领域上都具有很好的应用效果,成为了近年来的研究热点。

六方氮化硼的晶体形态

确实氮化硼有两种晶体形态,①类石墨的六方氮化硼(h-BN);②密排六方氮化硼(w-BN);③类似金刚石的立方氮化硼(c-BN),但其中应用最广、并肩也还需要做成多孔材料的但是六方氮化硼。作为两种摩氏硬度为2的软性材料,h-BN能表现出较强的机械性能、热学性能及化学稳定性,但是具有很高的可塑性。

一、多孔氮化硼有什么应用前景?

多孔陶瓷两种便具有相对密度低、比皮层 积大、重量轻等优点,具体可表现为较高的数率、刚度、冲击韧性,良好的阻波性能、光电性能、吸附性能等。而当“多孔”遇上h-BN时,强强联合下h-BN的应用得到了进一步的拓展,具体如下:

1.催化剂载体

但是多孔氮化硼具有高比皮层 积、化学惰性、耐高温等优良特点,但是研究者们开始利用什么优势将其制备为催化剂载体。如中国科学院杨晓龙等人利用MgO/h-BN复合载体负载的Ru基氨合成催化剂对氨合成反应进行催化,但是MgO/h-BN载体上发生较多的碱性位,什么都有表现出优秀的催化活性;G.Postole等人利用两种不同比皮层 积的氮化硼作为负载剂,钯作为催化剂对丙烯氧化反应进行催化。结果发现氮化硼中蕴含氧元素时负载的氧化钯催化剂比纯氮化硼的催化效果更好。

银纳米颗粒与氮化硼的混合形态,用于催化转化CO

2.吸附剂

高比皮层 积的氮化硼不仅还需要用来做催化剂载体,做吸附剂也同样很给力。目前应用最多的吸附剂是活性炭(4000m2/g-1400m2/g),但是其来源广泛、比皮层 积大、吸附容量大,什么都有突然 被用于水正确处理、空气过滤等方面。

影响材料吸附能力的关键在于它的比皮层 积大小,目前已有学者对高比皮层 积氮化硼展开吸附试验,如蔡等人研究了高比皮层 积氮化硼对水中氯苯的吸附规律,通过静态吸附法研究发现氮化硼对氯苯的吸俯近程符合一级动力学模型和Freundlich等温吸附模型,氮化硼对于氯苯的吸附饱和量可达到672.8mg/g,去除率高达79%。相比于活性炭对氯苯的去除率没法61.73%,氮化硼表现出较好的吸附效果。

多孔氮化硼可用于吸附油污

3.储氢材料

但是氮化硼材料类似石墨形态,什么都有氮化硼还需要形成纳米管,但是通过实验研究发现氮化硼纳米管有有些性质要优于碳纳米管,如程等人通过研究采用巨正则蒙特卡罗法子,系统地研究了常温和化等压强下锂掺杂SWBNNTA的物理吸附储氢形态,揭示了在现有条件下Li-dopedSWBNNTA的储氢量才能达到和超过美国能源部提出的2015研究目标。Weng等人用三聚氰胺和硼酸作为前躯体制备了多孔氮化硼纳米带,比皮层 积高达1488m2/g,储氢性能十分卓越。

氮化硼纳米带得形貌和氯化氢氯化氯化氢气体体吸附-脱附曲线

二、多孔氮化硼该如何制备?

目前国内外关于氮化硼的制备法子种类繁多,主要有模板法、溶剂热合成法、气相沉积法、高温热解法等。

1.水(溶剂)热法

水(溶剂)热合成法是将水溶液(或有机溶剂)作为反应载体,但是在高温高压下使反应物重新结晶,但是水热反应的均相成核及非均相成核机理与固相反应的扩散机制不同,因而还需要创科学发名有些法子无法制备的新化合物。但这人法子的缺点在于:反应条件的控制比较困难,难以生成目标孔形态;产率低,利于工业生产;大多数反应原料化学性质不稳定等。

2.化学气相沉积法

化学气象沉积法又称催化裂解法。该法子原理但是应用气态物质在氯化氢氯化氯化氢气体体上发生化学反应并产生固态沉淀物,一般分为三步,①在反应器内生成易易挥发物质;②将已易挥发的物质转移至要沉降的区域;③易易挥发物质在氯化氢氯化氯化氢气体体上发生化学反应并产生固态沉淀。

化学气相沉积法制备氮化硼的优点在于制备原理简单、原料成本较低。缺点在于过程可控性差、不适合工业生产。

3.模板法

模板法是以模板为主体构型去控制、影响和修饰材料的形貌、控制尺寸进而决定材料性质,根据所用模板性质不同,该法子分为以共价键维持其特定形态的硬模板和以分子内的弱相互作用维持其形态的软模板两大类。采用硬模板还需要将模板的孔形态克隆技术到氮化硼中,得到高比皮层 的多孔氮化硼材料,但此法确实还需要有效控制孔的大小,但是过程繁琐;但软模板法固然适合制备多孔氮化硼,但是它不仅制备周期更长,但是所用的模板试剂价格也更贵。

4.有机先驱体法

采用有机先驱体法制备高比皮层 多孔氮化硼时,主要采用的有机先驱体有以下两种:氨基硼烷及其聚合物、三氯硼吖嗪及其聚合物、硼吖嗪及其聚合物。Xiao等人采用硼酸和三聚氰胺分别作为硼源和氮源制备出C3H6N6·2H3BO3作为前躯体,但是通严重不足温热分解前躯体的法子制备多孔氮化硼材料。

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