研究成果：《ACS Applied Nano Materials》报道课题组硕士生李洪宇等人关于快速高温热解密胺二硼酸前驱体气制备氮化硼气凝胶材料的论文

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日期： 2022年4月19日

作者：Super User

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近日，河北工业大学氮化硼材料研究中心硕士生李洪宇等人在《ACS Applied Nano Materials》期刊上发表了题为《Synthesis of Nanostructured Boron Nitride Aerogels by Rapid Pyrolysis of Melamine Diborate Aerogels via Induction Heating:  From Composition Adjustment to Property Studies》的研究论文。

氮化硼（BN）气凝胶是一类由一维或二维BN结构单元构成的三维块体材料。该材料兼具了BN优异的物理化学性能（例如：化学稳定性、热稳定性等），同时三维多孔网络结构使其具有良好的结构稳定性与机械性能，使其在催化剂载体、环境修复以及传感等领域具有较大的应用潜力。然而，由于缺乏大尺寸、高质量BN气凝胶的高效合成方法，大大制约了BN气凝胶的实际应用。目前，已经报道了通过将二维BN纳米片和有机物聚合物进行交联、合成碳气凝胶或者石墨烯气凝胶然后进行模板取代以及在泡沫镍模板上直接进行化学气相沉积等方法来解决其合成的材料质量低、产率低以及尺寸小等问题，但仍存在过程复杂或操作工艺要求高、尺寸受模板限制等挑战。

本工作设计了一种操作过程简便、热解时间短，所合成的材料质量高的BN气凝胶合成策略。通过感应加热的方式，快速高温热解三聚氰胺二硼酸盐气凝胶前驱体合成了纤维自组装的BN气凝胶。BN气凝胶主要由一维多孔BN微纤维组成，快速升温和超高温诱导热解大大缩短了BN纳米晶的生长时间，保了持BN纤维结构单元的纯度、结晶度和纳米结构特征。所制备的BN气凝胶具有优异的综合性能，包括极好的热稳定性和抗氧化性（高达900℃）、优异的机械性能、电绝缘性和高温弹性。由于纳米结构纤维交织的独特结构、高孔隙率和低密度，BN气凝胶还具有良好的隔热性能。在低热解电压下制备的BN气凝胶在催化、储能、储氢和二氧化碳捕获方面有很大的潜力，而在高热解电压下获得的气凝胶则适用于恶劣的工作环境，如航空阻燃绝缘层。此外，利用感应炉开发的快速高温热解工艺将在制备其它具有高结晶度和高纯度的BN基体材料的研究中发挥重要作用。该成果发表在ACS Applied Nano Materials, 2021, 4(12): 13788-13797。

DOI: 10.1021/acsanm.1c03183。

 

（a）BN气凝胶的合成过程示意图；（b）用于密胺二硼酸气凝胶前体高温热解的垂直感应炉示意图；（c）在不同的加热电压下测量的感应炉的温度与时间的关系曲线。