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BN简报:氧化石墨烯的合成改进工艺
近年来石墨烯已得到广泛关注,Hummers法制备氧化石墨烯(GO)的技术也已相当成熟。但该方法在制备过程中容易放出有毒气体,而且容易造成石墨基面缺陷。美国Rice University大学的Daniela C. Marcano等人通过调整酸的配比和高锰酸钾的摩尔比例,使得制备出来的氧化石墨烯氧化程度更高,亲水性更佳,结构也更完整,没有有害气体产生,还可以提高GO的产量。该成果发表在ACS Nano 2010, 4, 4806-4814上。
XRD图像显示改进方法制备出的氧化石墨烯层间间隔更大,氧化程度更高;25°附近的峰说明样品中存在石墨相,改进方法对石墨基面破坏较小。
BN简报:一步合成具有锯齿状边沿的超细BN纳米片及其在废水处理以及高热导BN聚合物复合材料中的应用
二维纳米结构材料具有许多独特的性能,如高比表面积,高热导率,高机械性能等。其中超细BN纳米片具有半金属性,可调控的电和磁特性,半导体特性等。超细BN纳米片一般采用CVD方法、物理剥离方法、化学剥离方法制备,但是对温度要求高,产率低。山东大学的崔得良等人以NaBF4¬、NaN3、NH4Cl和升华硫等为原料在热压高压釜中反应,经一步化学法合成出超细BN纳米片。这种纳米片对水中污染物具有良好的吸附性,而用作BN-PA66和BN-PVA的复合剂,可以大幅提高它们的热导率和稳定性。该文章发表在J. Mater. Chem. A, 2013, 1, 5105上。
BN纳米片的TEM图
BN纳米片对MB的吸附图
BN简报:功能化氮化硼和氧化石墨烯共掺改善聚酰亚胺薄膜的导热性和形稳性
在先进电子领域中,各种导热填料被引入到聚合物中制备导热复合材料。但是填料和基体间的界面热阻(界面热阻取决于填料和基体的亲和性)可能严重降低了导热率。一种解决的方法是减小热阻(对填料进行功能化)保证良好的热传递,另一种方法是使填料在基体中形成有效的导热网络。Mei-Hui Tsai等人选用聚酰亚胺(导热绝缘材料)作为基体材料,然后将偶联剂功能化的BN(高导热性、低吸水性)和甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝的石墨烯(有效减小热阻)填入到聚酰亚胺中制备导热复合材料。经测试,导热系数最高可达2.11W/m•K,热膨胀系数仅为11ppm/K,这些参数对未来的柔韧性热扩散基质材料而言都是相当理想的。该成果发表在ACS Appl. Mater. Interfaces,2014,6(11), pp 8639–8645上。
BN简报:简易合成由垂直排列纳米片构成的3D氮化硼纳米花和通过剥落法制备类石墨烯氮化硼
近年来随着3D纳米多结构材料在各方面的广泛应用,激起了人们对3D纳米材料的研究兴趣。山东大学GangLian等人通过将氟硼酸钠,叠氮化钠,氯化铵等物理研磨均匀后压片再在高压釜中300 oC反应制得了3D氮化硼纳米花。这种方法简易安全且得到的BN不仅具有高的热稳定性和高比表面积,而且最重要的是它溶于强极性有机溶剂(比如二甲基甲酰胺DMF)后能够形成类似于单层石墨烯状的BN纳米片,这种结构的BN预计在聚合物基复合材料的应用上,例如提高其热稳定性和导电性,以及催化剂载体和保护微流控芯片的表面等等方面都将会产生新的作用。该成果发表在Journal of Materials Chemistry 21 (2011) 9201上。
3D氮化硼纳米花的TEM及SEM图像
BN简报:在白色发光二极管中应用的BCNO荧光粉的发光性能和简便合成
发光材料受到了很大的关注因为它们在照明领域的广泛应用。稀土离子被用作发光中心在荧光粉中扮演了一个重要的角色,是因为它突出的性能。但大多数稀土离子很贵而且有毒,且合成条件很严格,因而生产出便宜,低能耗,低污染的新材料成为了研究的焦点。BCNO荧光粉具有较高的发光谱带及较高的量子效率,很有潜力应用于白色发光二极管中。目前开发的BCNO荧光粉多利用硼酸、尿素及其他有机碳源为原料合成,且通常需要紫外光才能激发。河北工业大学张兴华等采用一种简单的方法,通过硼酸,三聚氰胺和柠檬酸制备前躯体,经烧结12h合成了绿色发光BCNO荧光粉,并通过改变柠檬酸的比例来探究其量子效率。实验结果表明,BCNO在低的烧结温度(625摄氏度)及不同柠檬酸含量下可被合成,当柠檬酸含量为0.001mol时,其量子效率达到最高(50%)。用这种方法合成的BCNO荧光粉可以被紫外及蓝光激发,有望在白光LED上得到应用。该文章发表在Ceramics International40(2014)7617–7620 上。
用不同柠檬酸含量的前驱体合成的BCNO荧光粉及其色坐标在CIE色度图中的位置
BN简报:多孔BN纳米片用于高效水处理
吸附是一种有效的污水处理方法,但普通的吸附剂(活性炭、沸石、天然纤维)在选择性和吸附能力上还存在一些问题。一些先进材料虽然克服了上述缺点,但还是在再生和循环利用方面有不足之处。Weiwei Lei等报道了多孔的BN纳米片用来水的处理和纯化,他利用三氧化二硼、盐酸胍为原料,然后在1100℃下煅烧2小时得到样品。结果表明得到的多孔BN有很高的比表面积,能吸附自身重量的33倍的油或有机溶剂,并且饱和吸附的BN可以通过在空气中燃烧被再利用。该成果发表在Nature.Comm.4 (2013) 1777.
(a)多孔BN纳米片对不同溶剂的吸附效果;(b)与其他BN材料吸附能力的对比
BN简报:含硼氮官能团的多孔纳米碳纤维可用于电化学超级电容器
超级电容例如电化学电容可作为非凡的能量存储介质具有比锂离子电池和一些传统电容更大的功率,更长的寿命。多孔碳材料具有大的比表面积和适当的孔结构可作为双电层电容,但是能量密度较小,应用受限,可以通过筛选最佳孔结构,添加表面官能团得以提高。韩国的B. Kim等在聚丙烯腈溶液中混合不同重量比的硼酸和尿素,再倒入二甲基甲酰胺中,通过高压静电纺丝生成纳米纤维网,再经过后续热处理制得了富含硼氮元素的纳米碳纤维(BN-CNFs)。该BN-CNFs具有高表面积(559m2 g-1),NH,COOH,[O]BN等表面官能团,因而在水电解质条件下比传统多孔碳纳米纤维具有更高的电容(1mAcm-2时具有电容180 Fg-1)和更大的能量密度(功率400-1000W kg-1时,能量密度达17.2–23.5Whkg-1)。该文章发表在Materials Letters 93 (2013) 190–193。
不同碳纳米纤维的表面特性表
BN简报:类多层石墨烯的氮化硼对汽油中的二苯并噻吩表现出卓越的吸附能力
多年来,由于人们对环境污染问题的重视,及随之而来的越来越严格的法规和燃料标准,使得去除汽油中的硫化合物这个科学问题成为研究人员关注的热点。但由于传统的加氢脱硫技术对温度及压强要求高、价格昂贵,并且一些含有金属的吸附剂及活性炭吸附剂还存在着环境污染、稳定性差、吸附能力差等诸多问题,所以人们需要寻找一种对环境污染小、稳定性好、脱硫能力强的吸附剂。江苏大学的Jun Xiong等人尝试使用他们合成的多层石墨烯状氮化硼作为吸附剂来吸附脱除汽油中的二苯并噻吩。这种不含金属的吸附剂展现出了高达28.17mg S/g的卓越吸附能力,并且发现氮化硼的层数越少吸附脱硫能力越强。该成果发表在Green Chem., 2015, DOI: 10.1039/c4gc02053g上。
类石墨烯氮化硼的脱硫效果测试图
BN简报:以氮化硼纳米球为填料的高韧性的抗紫外聚合物复合材料
近年来抗紫外材料吸引了越来越多的关注,向聚合物基质中填充无机填料能够得到高性能的抗紫外复合材料。合成抗紫外复合材料时,传统使用的填料是氧化锌(ZnO)、氧化钛(TiO2)等,但是无机粒子的嵌入会导致聚合物的柔韧性变差,进而影响材料的延展性和灵活性。氮化硼作为一种宽禁带半导体材料,能够吸收大部分波长的紫外光,同时还具有高的导热性、弹性模量和化学稳定性,因此可以作为抗紫外复合材料的填料以得到更好的性能。香港城市大学的Yuqiao Fu等人通过注塑薄膜的方法,以聚乙烯醇缩丁醛为基质,分别以氮化硼纳米球和微米片为填料制备复合材料薄膜,发现填充氮化硼纳米球能够显著提高基质的抗紫外性能、力学性能及热稳定性,且保持基质原本的柔韧性。该成果发表在Nanotechnolgy 26 (2015) 115702 上。
掺入不同氮化硼的复合材料薄膜的压缩-拉伸曲线:(1) 纯聚乙烯醇缩丁醛,
(2) 掺杂0.08 wt % 的氮化硼纳米球,(3) 掺杂0.08 wt % 的氮化硼微米片
BN简报:新型多孔中空氮化硼纳米棒:合成,可调尺寸,性质以及形成机理
在过去的几十年中,包括纳米管,纳米线,纳米纤维等一维纳米结构因为其鲜明的形态特征和广泛的潜在应用而受到广泛关注,尤其是多孔和中空纳米结构,它有高比表面积,大孔体积,高反应活性点和良好的渗透等优良性能。模板法是最常见和有效的合成多孔和中空纳米结构的方法,但是无论是硬模板法还是软模板法都有着很大的缺陷,需要找到一种无模板法。氮化硼纳米管等一维纳米结构受到广泛关注,但具有多孔中空纳米棒结构的氮化硼还少有报道过。山东大学的崔得良等人以NH4BF4和NaN3为原料,利用噻吩辅助的苯溶剂热法,在无模板的情况下合成了多孔中空氮化硼纳米棒。所得纳米棒直径和管壁厚度可控,且展示了优良的储氢性质。该成果发表在 J. Mater. Chem. A. 1 (2013) 11992.
多孔中空氮化硼纳米棒的扫描及透射电镜图
BN简报:一种有效合成BN微-纳结构的方法及其生长机制
BN微-纳结构具有极其优越的性能,并且在发射激光、场发射显示器、复合材料以及纳米器件等领域有潜在的应用。然而,高纯高产量的BN纳米片自组装成微米线结构,迄今为止还没有被报道。海南大学的An Pan等人,以FeCl3为催化剂,无定形硼粉为原料,在氨气下进行退火,制备出BN微—纳结构,即纳米片自组装成的微米线。该方法操作简单,产量大,并且所制备的BN具有很好的光致发光性能。该成果发表在Cryst. Eng. Comm., 17 (2015): 1098–1105上。
BN微—纳结构SEM图