硼碳氮納米管的制備方法技術

本發明專利技術硼碳氮納米管的制備方法，涉及含硼和氮的化合物，是一種通過化學氣相沉積法合成硼碳氮納米管的制備方法，步驟是：先制備氧化鎳-氯化鈉催化劑前軀體，將其置于石英方舟中，將該石英方舟置于水平管式爐恒溫區，通入氫氣并升溫和保溫，而后關閉氫氣，再將氮氣、硼酸甲酯蒸汽和甲烷的混合氣持續通入該管式爐中，進行化學氣相沉積反應，由此制得硼碳氮納米管-氯化鈉復合粉末，該粉末放入十二烷基苯磺酸鈉的去離子水溶液中，用超聲波分散使氯化鈉完全溶解，將溶液中的沉淀物過濾，再經清洗、干燥，即制得提純后的硼碳氮納米管，克服了現有技術中硼和氮摻雜碳納米管晶型差，摻雜效率和純度低，以及硼碳氮納米管提純與分散難度大的缺點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術的技術方案涉及含硼和氮的化合物，具體地說是。
技術介紹
硼碳氮納米管可以看作石墨網絡中部分碳原子被硼或氮原子取代的產物，B-C-N三元化合物介于六方氮化硼和石墨結構之間。雖其形態結構與碳納米管有相似之處，但它具有比碳納米管更優異的機械性能和電學性能，有更高的抗氧化能力，而且機械性能和電學性能不受其直徑的影響，只與其組成有關。因此，硼碳氮納米管具有比碳納米管更佳的物理和力學性質，在復合材料、磁性材料、發光材料和電子材料諸多領域有著廣泛的應用前景。雖然硼碳氮納米管具有許多優良性質，但制約硼碳氮納米管應用的瓶頸在于其制備困難，合成產率較低，而且合成過程難以控制?，F有技術中，制備硼碳氮納米管的主要方法有電弧放電法、等離子體蒸發法、熱絲氣相沉積法和熱解法，已在不同的制備條件下，借助催化劑、碳源、硼源和氮源，制備出了形態各異和元素分布不同 的硼碳氮納米管。CN101718731B公開了硼碳氮納米管/半導體氧化物復合材料及其制備方法，其中硼碳氮納米管由催化劑、含硼材料和碳納米管在氨氣氣氛中制成；CN100354202C報道了一種在低溫下制備硼碳氮納米管的方法，以KBH4、NH4Cl,ZnBr2和苯為原材料在不銹鋼反應釜中制備硼碳氮納米管；CN101718732B披露了碳摻雜硼氮納米管/半導體氧化物復合材料及其制備方法，其中采用催化劑、含硼材料和碳納米管研磨后在氨氣中合成，再提純、焙燒后得到碳摻雜硼氮納米管。雖然，上述現有技術采用各種方法實現了硼碳氮納米管的合成與控制，但存在的缺點是(I)制備出的硼碳氮納米管晶型較差、摻雜效率和純度低；(2)合成條件比較苛刻，不適于硼碳氮納米管的量產；(3)硼碳氮納米管的提純與分散難度大。因此，尋找一種合成工藝路線簡單、晶型好、產率和純度高、提純與分散簡便的硼碳氮納米管制備方法對于促進其廣泛應用具有重要意義。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是提供，是一種通過化學氣相沉積法合成，在制備氧化鎳-氯化鈉催化劑前軀體基礎上，通過化學氣相沉積工藝制備硼碳氮納米管-氯化鈉粉末，進而提純獲得硼碳氮納米管，克服了現有技術中硼和氮摻雜碳納米管晶型差，摻雜效率和純度低，以及硼碳氮納米管提純與分散難度大的缺點。本專利技術解決該技術問題所采用的技術方案是，是一種通過化學氣相沉積法合成，具體步驟如下第一步，制備氧化鎳-氯化鈉催化劑前軀體按重量比為硝酸鎳氯化鈉=0. 02 O. 55:1的比例，稱取所需用量的六水合硝酸鎳與氯化鈉，在電磁攪拌狀態下，將稱取的氯化鈉按50 80g/L的濃度溶入去離子水中，而后將稱取的六水合硝酸鎳溶入上述去離子水中，持續電磁攪拌直至氯化鈉和六水合硝酸鎳完全溶解，將上述溶液置于電熱恒溫干燥箱中于60 90°C干燥48 96h，至水分完全蒸發，然后將干燥后得到的硝酸鎳與氯化鈉結晶混合物置于球磨罐中，采用行星式球磨機以500 1000r/min的速度球磨3 6h,將上述經球磨處理后的混合物置于石英方舟中，將該石英方舟置于水平管式爐恒溫區，以180 240ml/min的流速向該管式爐中持續通入氮氣并升溫至350 600°C，保溫2 4h，使該管式爐在180 240ml/min流速的氮氣氛圍下冷卻到室溫為止，制得氧化鎳-氯化鈉催化劑前軀體；第二步，制備硼碳氮納米管-氯化鈉復合粉末將第一步制得的氧化鎳-氯化鈉催化劑前軀體置于石英方舟中，將該石英方舟置于水平管式爐恒溫區，以180 240ml/min的流速向該管式爐中通入氫氣并升溫至550 750°C，保溫1.5 3. 5h，而后關閉氫氣，再將體積比為氮氣硼酸甲酯蒸汽甲烷=4 8:0. 5 1:1的混合氣以330 600ml/min的流速持續通入該管式爐中，在550 750°C下進行化學氣相沉積反應O. 5 1. 5h，之后關閉硼酸甲酯蒸汽和甲烷并調整氮氣流量，使上述管式爐在180 240ml/min流速的氮氣氛圍下冷卻到室溫為止，由此制得硼碳氮納米管-氯化鈉復合粉末，其中硼碳氮納米管的質量百分含量為5.1 17. 6% ；第三步，提純硼碳氮納米管按2 5g/L的濃度將第二步制得的 硼碳氮納米管-氯化鈉復合粉末放入質量百分比濃度為O. 3 1. 0%的十二烷基苯磺酸鈉的去離子水溶液中，將裝有上述溶液的燒杯置于超聲分散儀中用30kHz 40kHz的超聲波分散10 20min使氯化鈉完全溶解，將溶液中的沉淀物過濾，用去離子水清洗3 4遍，而后用電熱恒溫干燥箱于80 90°C干燥2 4h，即制得提純后的硼碳氮納米管。上述，所涉及的原材料均通過商購獲得，所用的設備和工藝均是本
的技術人員所熟知的。本專利技術的有益效果是與現有技術相比，本專利技術所具有突出的實質性特點是(I)由于硼碳氮納米管長徑比大、比表面能高，在液相熱分解法合成過程中，受強烈范德華力作用，所合成的硼碳氮納米管不可避免在液相中團聚在一起而在后續處理過程中難以分散；在固相熱解法合成過程中，用于分散催化劑的載體雖可間接起到分散硼碳氮納米管的作用，但往往難以去除，借助強酸、強堿去除載體的工藝會對硼碳氮納米管本身的結構造成損壞，且后續分散工藝復雜、分散效果差。本專利技術方法借助氯化鈉作為支撐鎳催化劑的載體，在前期合成過程中可對合成的硼碳氮納米管起到分散作用，而且通過將合成產物放入含有分散劑的水溶液的方法即可實現載體的去除和硼碳氮納米管的分散，因而本專利技術方法提出的在氯化鈉載體上通過工藝控制合成硼碳氮納米管的制備思路，有效解決了現有合成方法中硼碳氮納米管團聚及后續分散、提純工藝復雜及效果差的問題。(2)現有技術采用硼源和氮源對碳納米管進行摻雜是制備硼碳氮納米管的常用方法，但通過硼源和氮源對碳納米管進行摻雜的工藝易導致產物晶型不穩定、B和N的摻雜效率低、硼碳氮納米管純度低和硼碳氮納米管產率低；同時，受強烈范德華力的作用，原材料中碳納米管的團聚導致后續硼碳氮納米管提純與分散非常困難。本專利技術方法借助硼源、碳源和氮源，在反應區內使B、C和N原子在催化劑金屬顆粒中溶解、擴散和析出，形成五邊形的類石墨層結構，進而合成硼碳氮納米管，使得其具有穩定的晶型出和N原子在合成過程中直接進入管體內部，因而B和N的摻雜效率、硼碳氮納米管純度和硼碳氮納米管合成產率均提高，使得硼碳氮納米管合成產物具有較高的化學穩定性和熱穩定性；通過水溶性氯化鈉做載體更容易實現硼碳氮納米管的提純與分散。與現有技術相比，本專利技術所具有顯著進步是(I)與現有技術CN101718731B和CN101718732B相比，用本專利技術所制得的硼碳氮納米管晶型更穩定，摻雜效率、純度和合成產率更高，且易于提純與分散。(2)與現有技術CN100354202C相比，本專利技術方法克服了上述現有技術制得的產品在液相中難以分散、分散效果差的缺點，具有分散工藝簡便易行的特點，且提純和分散效果更好。(3)本專利技術方法工藝方法簡便、生產成本低。附圖說明下面結合附圖和實施例對本專利技術進一步說明。圖1為本專利技術實施例1所制得的硼碳氮納米管-氯化鈉復合粉末的高分辨掃描電子顯微鏡照片。 圖2為本專利技術實施例1所制得的提純后的硼碳氮納米管的透射電子顯微鏡照片。圖3為本專利技術實施例1所制得的提純后的硼碳氮納米管的高分辨透射電子顯微鏡照片。具體實施例方式實施例1第一步，制備氧化鎳-氯化鈉催化劑前本文檔來自技高網...

【技術保護點】
硼碳氮納米管的制備方法，其特征在于：是一種通過化學氣相沉積法合成硼碳氮納米管的制備方法，具體步驟如下：第一步，制備氧化鎳?氯化鈉催化劑前軀體按重量比為硝酸鎳:氯化鈉=0.02～0.55:1的比例，稱取所需用量的六水合硝酸鎳與氯化鈉，在電磁攪拌狀態下，將稱取的氯化鈉按50～80g/L的濃度溶入去離子水中，而后將稱取的六水合硝酸鎳溶入上述去離子水中，持續電磁攪拌直至氯化鈉和六水合硝酸鎳完全溶解，將上述溶液置于電熱恒溫干燥箱中于60～90℃干燥48～96h，至水分完全蒸發，然后將干燥后得到的硝酸鎳與氯化鈉結晶混合物置于球磨罐中，采用行星式球磨機以500～1000r/min的速度球磨3～6h，將上述經球磨處理后的混合物置于石英方舟中，將該石英方舟置于水平管式爐恒溫區，以180～240ml/min的流速向該管式爐中持續通入氮氣并升溫至350～600℃，保溫2～4h，使該管式爐在180～240ml/min流速的氮氣氛圍下冷卻到室溫為止，制得氧化鎳?氯化鈉催化劑前軀體；??????????????第二步，制備硼碳氮納米管?氯化鈉復合粉末將第一步制得的氧化鎳?氯化鈉催化劑前軀體置于石英方舟中，將該石英方舟置于水平管式爐恒溫區，以180～240ml/min的流速向該管式爐中通入氫氣并升溫至550～750℃，保溫1.5～3.5h，而后關閉氫氣，再將體積比為氮氣:硼酸甲酯蒸汽:甲烷=4～8:0.5～1:1的混合氣以330～600ml/min的流速持續通入該管式爐中，在550～750℃下進行化學氣相沉積反應0.5～1.5h，之后關閉硼酸甲酯蒸汽和甲烷并調整氮氣流量，使上述管式爐在180～240ml/min流速的氮氣氛圍下冷卻到室溫為止，由此制得硼碳氮納米管?氯化鈉復合粉末，其中硼碳氮納米管的質量百分含量為5.1～17.6%；第三步，提純硼碳氮納米管按2～5g/L的濃度將第二步制得的硼碳氮納米管?氯化鈉復合粉末放入質量百分比濃度為0.3～1.0%的十二烷基苯磺酸鈉的去離子水溶液中，將裝有上述溶液的燒杯置于超聲分散儀中用30kHz～40kHz的超聲波分散10～20min使氯化鈉完全溶解，將溶液中的沉淀物過濾，用去離子水清洗3～4遍，而后用電熱恒溫干燥箱于80～90℃干燥2～4h，即制得提純后的硼碳氮納米管。...

【技術特征摘要】
1.硼碳氮納米管的制備方法，其特征在于是一種通過化學氣相沉積法合成硼碳氮納米管的制備方法，具體步驟如下 第一步，制備氧化鎳-氯化鈉催化劑前軀體 按重量比為硝酸鎳氯化鈉=0. 02 O. 55:1的比例,稱取所需用量的六水合硝酸鎳與氯化鈉，在電磁攪拌狀態下，將稱取的氯化鈉按50 80g/L的濃度溶入去離子水中，而后將稱取的六水合硝酸鎳溶入上述去離子水中，持續電磁攪拌直至氯化鈉和六水合硝酸鎳完全溶解，將上述溶液置于電熱恒溫干燥箱中于60 90°C干燥48 96h，至水分完全蒸發，然后將干燥后得到的硝酸鎳與氯化鈉結晶混合物置于球磨罐中，采用行星式球磨機以500 1000r/min的速度球磨3 6h，將上述經球磨處理后的混合物置于石英方舟中，將該石英方舟置于水平管式爐恒溫區，以180 240ml/min的流速向該管式爐中持續通入氮氣并升溫至350 600°C，保溫2 4h，使該管式爐在180 240ml/min流速的氮氣氛圍下冷卻到室溫為止，制得氧化鎳-氯化鈉催化劑前軀體； 第二步，制備硼碳氮納米管-氯化鈉復合粉末 將第一步制得的氧化鎳-氯化鈉催化劑前...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李海鵬，張娜，王雪霞，耿曉欣，梁春永，王洪水，李寶娥，
申請(專利權)人：河北工業大學，
類型：發明
國別省市：