吳柄賢，韓瑞瑞，李昱霖

(沈陽(yáng)師范大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110034)

人們?nèi)粘Ｉ畹奈镔|(zhì)基礎(chǔ)是材料，納米材料是眾多材料中的一種，納米材料可歸分為兩種，納米超微粒子材料和納米固體材料，得益于科學(xué)技術(shù)的飛速進(jìn)步，納米材料也有了很大的發(fā)展，當(dāng)某些化學(xué)物質(zhì)被制備成納米級(jí)別的材料時(shí)，其就同時(shí)具有了本體和納米材料的雙重特性，納米材料具備較好的外層吸附能力，鑒于氮化硼納米材料在催化和吸附方面優(yōu)勢(shì)，本文主要以氮化硼納米材料的合成及應(yīng)用研究等方面進(jìn)行探討。

1 氮化硼簡(jiǎn)介

氮化硼的分子式為BN，是由硼原子和氮原子所構(gòu)成的晶體，化學(xué)組成為43.6%的硼和56.4%的氮，英文學(xué)名為Boron Nitride。六方氮化硼和菱方氮化硼是sp2雜化，立方氮化硼和纖鋅礦氮化硼是sp3雜化。六方氮化硼的結(jié)構(gòu)與性能與石墨極為相似，且自身為白色固體，俗稱為“白石墨”。因氮化硼具有機(jī)械性能好，熱力學(xué)，化學(xué)性能穩(wěn)定，有帶隙寬，耐化學(xué)腐蝕，耐高溫且等優(yōu)勢(shì)，使其在催化領(lǐng)域被廣泛研究。近年來(lái)，以氮化硼為載體，與多種無(wú)機(jī)材料進(jìn)行復(fù)合也取得了較多的研究成果。

2 氮化硼納米材料的制備

氮化硼納米材料的合成一般包含：“自下而上”和“自上而下”兩種方法，自下而上法就是通過(guò)一種化學(xué)手段制備產(chǎn)物的方式，自上而下法就是剝離法，結(jié)合二維層狀氮化硼納米材料自身的特性和優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于合成方法的選擇上，通常選用以下幾種方法：

2.1 機(jī)械剝離法

將氮化硼與尿素放置于球磨機(jī)中研磨，取出后置于有機(jī)溶劑中，超聲處理氮化硼使大切片變?yōu)樾∏衅?，分散液?jīng)過(guò)離心后處理得到二維納米片，將納米片放入數(shù)顯恒溫水浴鍋，去除尿素得到氮化硼納米材料。Chen[1]等人利用渦流裝置，將少量六方氮化硼懸浮液分散在NMP中，之后放置到玻璃管中，將玻璃管傾斜放置，在高速轉(zhuǎn)動(dòng)下，產(chǎn)生的剪應(yīng)力可以將六方氮化硼剝離成氮化硼納米材料。Zhi[2]等利用強(qiáng)極性的溶劑并借助超聲輔助離心處理，將氮化硼小顆粒剝離成納米級(jí)別的氮化硼材料。

2.2 固相合成法

以尿素跟硼酸為合成原料，一個(gè)提供N源，一個(gè)提供B源，融合后放進(jìn)氧化鋁坩堝，將其移入箱式爐中高溫反應(yīng)，在900℃高壓條件下反應(yīng)6 h，形成無(wú)定型BN后取出，將產(chǎn)物放在完全不同的分散劑中超聲，再開(kāi)始低功率離心操作，最終得到氮化硼納米材料。

2.3 化學(xué)氣相沉淀法

以BCl3-NH3-H2-N2為前驅(qū)體，在豎直放置的熱壁反應(yīng)器中合成薄層氮化硼，通過(guò)對(duì)化學(xué)沉降速度的比對(duì)以及測(cè)量設(shè)備的運(yùn)用，探討了碳化硅纖維外層BN表面的形貌和微觀結(jié)構(gòu)。又借助于掃描電子顯微鏡(SEM)等分析儀器對(duì)材料表面形態(tài)和結(jié)構(gòu)特征等開(kāi)展了研究，發(fā)現(xiàn)以這種手段得到的多層氮化硼具備較好的晶體結(jié)構(gòu)。

2.4 溶劑熱法

溶劑熱法由水熱法演變而來(lái)，對(duì)實(shí)驗(yàn)條件的要求不高，兩者對(duì)于溶劑的選擇上有明顯不同，水熱法用到的主要是水，溶劑熱法中用到的多數(shù)為有機(jī)溶劑。BBr3與Li3N在苯溶劑中以一定溫度，不同反應(yīng)條件下可以得到不同形貌的六方氮化硼納米材料，通過(guò)控制一定反應(yīng)條件，BBr3與Li3N在苯溶劑中反應(yīng)的主要產(chǎn)物為立方氮化硼。

2.5 其他方法

除上述方法之外，還可以采用濺射法、等離子法和弧電法等制備氮化硼納米材料。

3 氮化硼納米材料的應(yīng)用

目前，氮化硼納米材料在化工，電子，生物和藥物，航空等領(lǐng)域被廣泛使用，例如：儲(chǔ)氫，有機(jī)污染物的吸附，藥物運(yùn)輸，氣體純化，納米粒子的載體，超疏水薄膜等。本部分重點(diǎn)介紹其在催化方面的應(yīng)用。

已有實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明Au在BN單層的B空位與N空位吸附是非常穩(wěn)定的，調(diào)控制備六方氮化硼納米片為載體，通過(guò)“熱解鑲嵌”方法實(shí)現(xiàn)對(duì)Au納米粒子的穩(wěn)定固載，就能夠制備出高分散的Au/BN納米催化劑。由于CO分子在VN-h-BN上的最大吸附能為3.97 eV，遠(yuǎn)低于O2分子，因此Au在VN-h-BN的附著在O2存在的情況下是不穩(wěn)定的，通過(guò)VB-h-BN和VN-h-BN的分子動(dòng)力學(xué)模擬，理論計(jì)算結(jié)果表明N富足的條件下B空位要比N空位更穩(wěn)定[3]。因此在單層h-BN上B空位更有利于負(fù)載金屬催化CO氧化。

光催化劑的活性測(cè)試要在避光前提下進(jìn)行，再放置在有紫外線照射的地方完成光催化反應(yīng)。無(wú)復(fù)合多孔氮化硼載體的TiO2吸附性較差，復(fù)合光催化劑吸附化學(xué)反應(yīng)需要的時(shí)間較多，當(dāng)以多孔氮化硼作為載體時(shí)能夠顯著提升催化劑的吸附性，進(jìn)一步提高催化劑光催化活性。

鑒于氮化硼的優(yōu)良性質(zhì)，可以將不同的雜多酸負(fù)載到類石墨烯型六方氮化硼(h-BN)上，制備兼具雜多酸和h-BN雙重優(yōu)勢(shì)的POM/h-BN多相催化劑，從而提高催化劑的循環(huán)穩(wěn)定性，降低催化劑的用量。Zhu等[4]將鎢基離子液體負(fù)載到h-BN上制備W6-IL/h-BN催化劑，用其脫除模擬油中的DBT。W6-IL/h-BN具有較好的催化活性，30℃時(shí)加入32μL H2O2反應(yīng)80 min，DBT的脫除率可達(dá)95%以上。當(dāng)以空氣作氧化劑時(shí)，h-BN對(duì)DBT也有很高的脫除率。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，氮化硼納米材料在催化領(lǐng)域已展露出極好的應(yīng)用前景，與此同時(shí)也受到了學(xué)術(shù)研究界的重視。時(shí)至今日越來(lái)越多的制備與表征技術(shù)應(yīng)用正在進(jìn)行，與之有關(guān)的實(shí)踐研究正處于探索發(fā)展過(guò)渡階段。此外，針對(duì)實(shí)際應(yīng)用中存在的問(wèn)題，可控規(guī)?；苽涠S層狀氮化硼納米材料，并實(shí)現(xiàn)催化反應(yīng)中高活性，選擇性和穩(wěn)定性仍是今后的研究重點(diǎn)。