超薄层氮化硼纳米结构的可控制备及其稳定性研究

由于具有高强度、高热导率和高迁移率等一系列特殊性质，具有超薄层结构的石墨烯成了跨学科研究热点。氮化硼（BN）是与石墨具有相同结构的等电子体，它的超薄层纳米结构也呈现一系列特殊性能，具有重要的应用价值，因此相关的研究也受到了普遍关注。但是，目前还无法实现超薄层BN纳米结构的可控制备，因此它们的性质和应用研究还无法系统进行。鉴于此，本项目拟开展两方面的探索：一是分别利用我们独创的气体辅助低温固态反应法和溶剂热恒压合成法制备超薄壳层BN空心球和超薄BN烯纳米薄片，通过不断改进这两种方法和优化制备参数，实现层厚和形貌完全可控的制备；二是使用我们首次提出的原位红外监测和液态相变方法，系统研究超薄壳层BN空心球和BN烯超薄片的物相结构及形貌稳定性，发现其中的主要规律。. 本项目完成后，将开发出能有效调控纳米结构的新方法，且可以小批量制备层厚可控、形貌均匀的超薄层BN纳米材料，为其性质和应用研究

以低温固相法和高压溶剂热法为基础，制备出了多种氮化硼超薄和超细纳米结构。对其机理进行了较为深入的分析，考察了在储能、催化、缓释、水处理、分离、磁性等方面的性能和应用。具体结果如下：.实现了实验室范围内超薄壳层氮化硼纳米空心球的大批量可控制备。500℃恒温4h制备的样品中80%以上的球壳厚度可以控制在<2nm，其中最薄的球壳只有两个原子层(~0.67nm)。这是目前所报道的最薄的氮化硼纳米空心球。储氢方面，厚度为2~3nm的氮化硼空心球在298K&100bar的储氢容量可以达到~4.07wt.%。水处理方面，对芳香族有机污染物具有高的吸附容量，而且通过简单的煅烧过程就可以实现吸附剂的循环使用。缓释方面，超薄壳层氮化硼空心球对碘的最大负载量可以达到~30%，而且通过控制温度可以实现碘的缓释。催化方面，氮化硼空心球载体能够显著地改善催化颗粒的分散性，而且对染料还具有很好的富集作用，大幅度提高了纳米颗粒的催化效果。.通过低温固相方法制备出了结构均一的氮化硼超薄纳米片，平均厚度只有~3nm。水处理方面，对对亚甲基蓝的最大吸附容量达到~436mg/g。导热方面，氮化硼纳米薄片能较好地提高聚合物的热导率并大幅度降低其热膨胀系数。.通过高压溶剂热方法，制备出了多种一维介孔氮化硼纳米结构：介孔纳米棒、介孔-中空纳米棒和超细（~8nm）介孔纳米纤维，并分析了它们之间的转变过程。这些一维介孔结构在超快吸附（吸附平衡时间：~1分钟）、室温储氢和纳米颗粒过滤分离等方面都呈现良好的性能。.理论表明三角形反点缺陷能够有效地增强氮化硼结构的铁磁特性，但是至今还没有实验结果能够证明。我们首次大范围的制备出了具有这种缺陷结构的氮化硼纳米材料，还一步实现了氮化硼的表面氟化。该样品在5K时的饱和磁化强度和矫顽力达到了0.042emu/g和190Oe，而且磁性几乎没有温度依赖性。另外，具有zigzag边界的氮化硼纳米结构也具有一定的铁磁性，但是目前还没有相应的实验报道。我们同样首次大批量的制备出了具有均一zigzag边界结构的氮化硼超薄纳米片，并证明了其良好的室温铁磁性。