Page 56 - 《精细化工》2020年第11期
P. 56

·2202·                            精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 37 卷

            化，阻碍了生成的一维氮化硼进行二维横向生长，                             在，大范围的温度变化（1100~1700  ℃）也不会改
            严重影响产物质量。                                          变最终纳米管的直径，且随着温度升高，BNNTs 的
                                                               产率也会上升。同时，LI 等           [23] 的研究结果表明，用
                                                               传统高温法制备氮化硼时，氮源和硼源的比例很大
                                                               程度上也会影响最终产物的形态，尿素和硼酸不同
                                                               物质的量比下制备产品的 SEM 图见图 2。如图 2 所
                                                               示，当尿素与硼酸的物质的量比增大时，氮化硼孔
                                                               隙率会增大。






                图 1   采用化学气相沉积法制备 h-BN 示意图           [17]
            Fig. 1    Schematic diagram of  h-BN prepared by chemical
                   vapor deposition

            1.3   水热法
                 水热法一般在密封的加压容器中，以水或者其
            他溶剂作为反应介质，在容器内高温高压的条件下
            将原料进行溶解和再结晶制备 h-BN。此方法制备的
            氮化硼颗粒小、粒度均匀。同时，由于不需要太高
            的温度，制备的 h-BN 含杂质较少，不易团聚。
                 葛雷等   [21] 以制备的粉状氮化锂（Li 3 N）作为氮
            源，三溴化硼为硼源，以苯为溶剂，由于氮化锂不

            溶于苯，将上述原料经超声分散后装入 100 mL 反应                        a、b—n(尿素)∶n(硼酸)=1∶2；c、d—n(尿素)∶n(硼酸)=3∶2；
            釜中，用高纯氮气排除空气后封釜，并在 220  ℃下                         e、f—n(尿素)∶n(硼酸)=5∶2
            保温一段时间，自然冷却后进行清洗干燥。对产物                             图 2   尿素和硼酸不同物质的量比下制备产品的 SEM
            进行表征发现，除生成 h-BN 外，有少量的立方氮                               图 [23]
                                                               Fig. 2    SEM images of products prepared at different molar
            化硼产生，且随着反应时间由 12 h 增至 24 h，h-BN
                                                                     ratios of urea toboric acid
            颗粒粒径由 20~50 nm 变为 80 nm 左右，当加入表面
            活性剂十二烷基苯磺酸钠（SDBS）后，可以改善氮                           1.5   其他方法
            化硼的球度和结晶度，同时可减小粒径。若加入氮                                 除了以上 4 种常用方法外，研究者们也尝试使
            化铝（h-AlN）作为诱导晶粒，可抑制 c-BN 的生成                       用其他方法来制备氮化硼，如 CHUNG 等                [24] 将氧化
            并促进 h-BN 的生成，且会生成直径约为 12 nm、长                      硼、镁粉、氯化铵、叠氮化钠以一定比例混合后压
            为 150~180 nm 的棒状氮化硼，与之对应的颗粒状                       制成饼状，之后将物质的量比为 1∶3 的 Fe 2 O 3 和
            h-BN 粒径在 50 nm 左右。                                 Mg 的混合粉末作为引燃剂包覆在反应物外。采用燃
            1.4   传统高温法                                        烧法，加热到 300  ℃，在氮气气氛的保护下使其燃
                 传统高温法直接将反应原料经过压制或者研磨                          烧制备 h-BN。图 3 为反应物和引燃剂以及热电偶 A、
            混合后用高温煅烧，由于具有原料便宜易得、制备                             B 的相对位置。通过一系列实验发现，反应物最高
            工艺简单的优点，在工业生产中较常应用。但是，                             燃烧温度达到了 1530  ℃，此方法制备的 h-BN 产率
                                                                                           2
            此方法由于原料混合不均、受热不均匀的缺陷，制                             高达 79%，比表面积达到 151 m /g，且合成的 h-BN
            备出的氮化硼品质波动较大。                                      为片状晶体。同先驱体法、水热法等方法一样，此
                 ZHI 等 [22] 以 Fe 2 O 3 、MgO 和硼粉的混合物为前          方法也会产生副产物 NaCl 和 MgO，但不同的是，
            驱体，在氨气流下以 1100~1700  ℃反应 1 h，制备                    此方法产生的这两种副产物经酸处理后可轻易被除
            出的氮化硼纳米管（BNNTs）直径在 50 nm 左右。                       去。此方法还有一个优势，即不需要很高的反应温
            其中，Fe 2 O 3 和 MgO 分别是高效的二硼二氧化物                     度，反应产生的高温均为自发燃烧所释放的热量。
            （B 2 O 2 ）产生剂和反应催化剂，B 2 O 2 和氨气能反应                 可以看出，相较于其他方法，此方法虽然制备条件
            生成 BNNTs。研究发现，由于 Fe 2 O 3 和 MgO 的存                 并不苛刻，但是，制备出的氮化硼比表面积较小，
   51   52   53   54   55   56   57   58   59   60   61