研究成果河北工业大学氮化硼材料研究中心在多孔氮化硼/稀土配合物杂化发光材料研究中取得突破

近日，《Journal of Physical Chemistry C》和《Journal of Alloys and Compounds》接连报道了河北工业大学氮化硼材料研究中心何鑫等人关于多孔氮化硼/稀土配合物杂化发光材料研究的工作，论文题目分别为《铽配合物/多孔氮化硼杂化发光材料中有效的能量传递》和《具有多色可调光致发光的多孔氮化硼/稀土配合物杂化材料》。

功能性有机成分（如染料、稀土配合物）可控的封装在多孔基质材料中形成有机-无机杂化材料在近年来已经引起了人们极大的研究兴趣。这些杂化材料兼具有机成分和多孔主体的特性，因而在白光发光二极管、传感、荧光成像等领域有着广泛的应用。有机-无机杂化材料的独特性质启发了研究者去寻找新型的多孔材料作为基质。多孔氮化硼（BN）具有高的比表面积、大的孔体积、优异的热稳定性、抗氧化性和耐酸腐蚀性等特点。这些特征使得多孔BN可以作为有机发光分子非常理想的新型基质材料。

通过封装Tb配合物到多孔BN基质中合成了一种发光性能可调的基于BN的杂化材料。在BN基质和Tb配合物之间实现了独特的协同效应，导致了在BN-配体-Tb³⁺系统中存在强的相互作用和有效的能量传递。特别是，由于BN-acac-phen-Tb³⁺系统中存在有效的能量传递过程，样品Tb(acac)₃phen/BN具有显著增强的绿光发射和高的量子效率。此外，Tb配合物在多孔BN中的约限导致了所得的Tb(acac)₃/BN和Tb(acac)₃phen/BN样品显示出增强的热和光稳定性。该成果发表在J. Phys. Chem. C, 121 (2017) 19915-19921上。随后，通过将Tb(BA)₃和Eu(BA)₃两种稀土配合物引入到多孔BN基质中，获得了一种新型的杂化材料。系统地研究了复合发光材料的激发，发射光谱和衰减曲线。此外，已经证实了从Tb³⁺到Eu³⁺离子的有效能量传递，并且还详细解释了该机理。通过调节Tb和Eu配合物的比例，杂化材料实现了从绿色到红色的可调多色。此外，通过调节激发波长和/或将辅助配体phen（1,10-邻菲罗啉）引入到样品中，可以进一步改变杂化材料的发射颜色。所获得的杂化材料可能在显示和照明中具有潜在的应用。该成果发表在J. Alloy. Compd., 768 (2018) 15-21上。

多孔氮化硼/稀土配合物杂化发光材料示意图、杂化发光材料的CIE显色指数图以及荧光粉实物照片

研究成果《ACS Applied Materials & Interfaces》报道课题组林靖等人关于多孔氮化硼纤维构筑的氮化硼泡沫材料的论文

近日，河北工业大学氮化硼材料研究中心林靖老师与黄阳老师在期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》上发表题为：《多孔氮化硼微米纤维自组装而成的大尺寸超轻多功能泡沫材料》的研究论文。

具有低密度、高孔隙率、良好弹性恢复力的泡沫状氮化硼块体材料有望在能量存储以及环境处理等领域得到应用。尽管模板法、干燥法、发泡法等方法被用于氮化硼泡沫材料的制备，但是具有较大尺寸的氮化硼泡沫材料的制备仍然是一个挑战，此外，现有方法中相对复杂或要求较高的合成条件也限制了其实际应用。

河北工业大学氮化硼材料研究中心的林靖等人以硼酸、蜜胺等为原料，结合了超声辅助自组装、冷冻干燥和高温分解等技术成功合成了一种由多孔氮化硼微米纤维经高度交叉组装而成的氮化硼泡沫材料。这一制备技术，有利于获得大尺寸的氮化硼泡沫材料且易于对泡沫材料的形状加以控制。进一步研究表明，这种氮化硼块体材料能够具有超轻的密度（~15mg/cm³）、高的孔隙率（~99.3%）、良好的压缩弹性、独特的亲水疏油性能，能够以自身重量5130%~7820%的比例吸收多种有机溶液或油料。同时，其独特的分级孔道结构，使得其具有非常低的热导率（~0.035 W/K/m）。鉴于这种氮化硼泡沫材料所具有的独特性能，相信其在废水处理、空气净化、建筑、催化剂载体和能源存储等领域具有较高的应用潜力。该成果发表在ACS Appl. Mater. Interface, 9 (2017) 44732-44739。

由高长径比多孔氮化硼纤维构筑氮化硼泡沫材料示意图及实物以及微观SEM照片

研究成果《Journal of Hazardous Material》报道课题组博士生宋倩倩关于多孔氮化硼束选择性吸附水中抗生素污染物方面的论文

近日，河北工业大学氮化硼材料研究中心博士生宋倩倩在《Journal of Hazardous Material》上发表题为《抗生素污染物在新型氮化硼束上的选择性吸附行为和机理》的研究论文。

抗生素是药物及个人护理产品（PPCPs）的重要组成部分，有上千种的类型。自1942年青霉素被首次应用到医学治疗以来，抗生素可以通过抑制细菌感染挽救人类的生命，并有益于动物的健康。然而，抗生素在疾病治疗和畜牧业中的滥用会使大量的抗生素排放到水环境中。尽管在地表水中，抗生素的浓度主要在ng~μg L⁻¹范围内，但这可能导致耐药微生物菌株的产生，进而给水生生物和人类带来巨大的危害。多孔氮化硼作为一种性能优异的吸附剂，在吸附移除水中抗生素污染物方面比碳材料更有优势。

本文制备了一种由大量氮化硼纤维组装而成的新型六方氮化硼束，其吸附容量高、可循环利用，是一种高效的抗生素吸附剂。与商业级活性炭和石墨烯纳米片相比，新型六方氮化硼束对磺胺嘧啶、土霉素和红霉素的吸附容量更高，可以作为碳质吸附剂的替代品。一个有趣的现象是，随着抗生素分子量的增加，氮化硼束的摩尔吸附量减小，这可能是由于抗生素分子和氮化硼束孔径的相对尺寸关系引起的，被叫做微孔填充效应。也就是说，较小的分子很容易进入微孔的内部，吸附在活性位点上，相反，大分子可能被阻挡在微孔外，而只能接触到相对较少的表面活性位。这是一种由于有效吸附位点的不同而产生的选择性吸附。由于土霉素分子具有四个芳香环结构，它作为π-电子受体与富π电子的氮化硼束之间有强吸附力，使氮化硼束对土霉素具有较好的吸附能力。对于磺胺嘧啶和红霉素，由于它们都具有两个芳香环结构，所以吸附容量相似且较低。这是另一种由于吸附力的强度不同而产生的选择性吸附。该成果发表在J. Hazard. Mater., 364 (2019) 654-662上。

DOI：10.1016/j.jhazmat.2018.10.054

高密度氮化硼相连多孔框架结构应用于聚合物复合材料的研究

电子、电气设备的密集化、微型化发展，促使现代电子、电气的封装材料/设计向着高散热和理想多功能的性能发展。例如，在除提高聚合物复合材料封装体系的导热能力外，该封装材料同时还应具有好的电绝缘，低的介电、小的热膨胀、耐热变和轻便易加工等特点。六方氮化硼（h-BN）由于其独特的高绝缘、超高热导、轻质、低介电常数和超低热膨胀系数等特点，目前受到散热封装学术界和产业界的高度青睐，是一种高潜质的聚合物复合体系的先进填充体。通过构建高密度各项同性相连、紧密共价结合的三维力学稳健多孔h-BN块体框架结构，使得其能够有效提高多种聚合物基体的热导率，达到空白基体材料的26 ~ 51倍。该h-BN/聚合物复合体系的多孔性，导致聚合物复合体系的体密度比空白聚合物基体低5.5 ~ 24 wt.%。同时维持了不高的介电常数和超低的介电损耗值。另外，，该复合体系的热膨胀系数相对于空白聚合物基体能降低66 ~ 87%。该BN/聚合物复合体系展现出了可应用于电子、电气散热封装领域的潜在多功能实用性。相关的研究内容发表于 Adv. Funct. Mater., 2018, 28, 1801205.

研究组薛彦明老师获得国家自然科学基金青年项目资助