薄层氮化硼空心纳米结构的可控制备,性能及应用研究

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六方氮化硼具有优良的高温抗氧化性和润滑性,常被用作高温润滑剂,抗氧化陶瓷。较好的热传导性和机械性能,可作为聚合物薄膜的添加剂用来改善材料的机械性能和导热性能。较大的禁带宽度,可用作透光材料和深紫外发光材料。是一种绝缘体,具有较低的介电常数,可在石墨烯等电子器件中充当介电材料,也可用来添加绝缘的聚合物薄膜。具有优异的化学稳定性和吸附性能,可被用作储能材料,吸附材料以及模板材料。较好的生物适应性,可作为添加剂和药物载体。随着碳材料的发展,各种形貌的氮化硼纳米材料被制备出来。石墨烯的发现又将超薄氮化硼纳米材料的研究推向了新的高度。但是,由于氮化硼材料本身的特点,氮化硼制备还存在着制备条件苛刻,过程繁琐等问题。在超薄材料的制备上由于氮化硼材料抗氧化性和层与层之间较大的作用力使氧化还原,剥离等适用于石墨烯制备的方法在氮化硼制备上效果不理想。我们发展了条件温和的一步反应法制备氮化硼材料,并以此为基础研究氮化硼材料的性质和应用。本论文的主要研究成果为:1.发展了利用一步固相反应制备氮化硼空心材料的方法。研究了在这种自引发式放热反应中,反应用量与反应体积对氮化硼样品的形貌和质量的影响。最后在300℃左右制备出了纯度较高,形貌统一的氮化硼空心球。进一步研究氮化硼样品对有机染料的吸附性能,利用样品对正负有机染料离子的最大吸附差异,通过控制pH值变化实现了一定程度的选择性吸附。利用部分水解辅助的剥离方法,在水与DMF混合溶剂实现了氮化硼空心结构的部分剥离。2.通过改进的CVD方法,在不经过后处理过程的情况下合成了原子级层数超薄氮化硼空心球,氮化硼球壳厚度在已报道结构中壳层厚度较小,而且有利于大量制备,样品的比表面积高达318.7 m2g-1,孔体积也达到1.41cm3g-1同时,氮化硼纳米空心球壳作为碘储存器,实现了温度控制下的碘的缓慢释放;作为催化剂TiO2的支撑材料,合成了包覆结构的TiO2/BN复合催化剂,通过界面上TiO2的固定分散解放TiO2催化活性点数量,同时结合BN材料的吸附性能极大的提高对有机染料的光催化降解速率。3.我们通过一步固相反应合成了具有zigzag边界三角形反点缺陷的F-BN纳米笼,这使我们可以通过固体测试方法研究轻元素系统的磁性特征。我们报道了由反点缺陷引起的在不含金属的氮化硼中室温铁磁性能,饱和磁化强度达到了~0.042 emu/g。通过理论计算我们证实了铁磁性源于反点缺陷与氟化的共同作用,并且氟化有利于缺陷的形成。氟化掺杂和反点缺陷都能引起自旋电子极化和局部磁矩,这源于pz-pxy轨道的重新杂化。这种协同的作用使得氮化硼中产生非金属的铁磁现象,在自旋量子器件和生物科技领域有潜在的应用。4.利用氮化硼为模板通过简单的水热反应制备了MoS2疏松状纳米花结构。氮化硼模板作为自损耗模板不需要后处理过程。通过对反应现象的观察和不同时间段产物的分析研究了氮化硼作为模板使用的机理。
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