六方氮化硼及其纳米片在催化领域的研究进展

六方氮化硼(h-BN)具有优异的化学和热稳定性、良好的热传导性和很高的机械强度.除了上述性质,二维结构的六方氮化硼纳米片(BNNS)还表现出其他的优势(比表面积大、带隙宽度可调等),因此在一些关键领域有广泛的应用前景.本文对BNNS的制备及六方氮化硼(块体和纳米片)材料在催化领域的应用进行了评述与展望.     

关于以硼砂和氯化铵为原料制备六方氮化硼方法中若干问题的试验探讨

氮化硼是一种广泛应用于近代工业、电子技术、红外、雷达及宇航等方面的新型无机合成材料。各种氮化硼材料或器件,大都是以六方氮化硼为原料经过再加工或再合成而制得。六方氮化硼本身则可通过多种合成方法得到。目前,国内一些工厂的生产经验表明,以硼砂、氯化铵法制备六方氮化硼,原料易得,操作简单,设备也不复杂。可得六方氮化硼产品在高温高压下经催化剂作用转变为立方氮化硼的效果已有报导。但在六方氮化硼的生产中还存在着原材料消耗大,产品质量不稳定等问题。     

磁控弧光增强等离子体CVD(化学气相沉积)法制备立方氮化硼薄膜

采用一种新的自行设计的磁控弧光增强等离子体化学气相沉积法制备立方氮化硼(c-BN)薄膜.现已成功地在单晶硅上制备出了含量较高的立方氮化硼(c-BN)薄膜.制备出的薄膜用傅立叶红外(FTIR)光谱和X射线衍射(XRD)谱来表征.同时研究了各个沉积参数(基底直流负偏压、弧光等离子体放电电流、气体流量比)对立方氮化硼薄膜制备的影响.     

h-BN前驱体的制备与研究

实验以硼酸铵和三聚氰胺为原料,考察了反应原料配比,反应物总浓度对湿化学法制备氮化硼前驱体的影响,确定了制备前驱体的适宜原料配比是n（C3N6H6）：n（NH4HB4O7·3H2O）=1：1,总浓度为0.5mol/L;并通过FT-IR、XRD、化学分析、元素分析和SEM等方法对前驱体进行了表征,研究结果表明：该方法制备的氮化硼前驱体是通过分子间氢键形成的组成为C3N6H6·2H3BO3的超分子棒状加合物,在空气气氛中950℃下高温培烧4h能得到晶化程度良好的六方氮化硼粉体.     

石墨烯及二维六方氮化硼在LED散热中的应用

随着发光二极管的广泛应用,其散热问题日趋受到重视.针对发光二极管热导率影响其量子效率和产品寿命的问题,以具有高导热性能的石墨烯和二维六方氮化硼材料作为研究对象,综述了石墨烯和二维六方氮化硼在发光二极管电子器件散热领域中的一些重要的基础研究成果,并展望其在未来的应用前景.     

基于SiO2、石墨烯和六方氮化硼异质结构的3-物体体系增强近场热辐射

研究了由块状二氧化硅、单层石墨烯和六方氮化硼薄膜堆叠形成的复合异质结构之间的近场热辐射。在两个半无限大平板结构即2-物体体系的基础上,将单层石墨烯和六方氮化硼复合异质结构的调制器置于两个半无限大平板之间构成三平板结构即3-物体体系,比较其与2-物体体系的近场辐射热流。结果表明,在相同体间距下3-物体体系的热流始终大于2-物体体系的热流,当d=10 nm时差距最大,深入探究发现可以通过调节该体系的相邻平板之间的距离、六方氮化硼薄膜的厚度以及石墨烯化学势来实现对其近场热辐射的调控。     

液相烧结六方氮化硼陶瓷

解决六方氮化硼陶瓷烧结致密化问题是提高陶瓷性能的主要途径,以六方氮化硼为基体材料,通过研磨工艺降低粉体粒度,然后以Al2O3、Y2O3和B2O3为添加剂,在N2气氛下,均匀升温到1700～1850℃无压烧结．通过分析烧结体的显微结构和物相表明,随Y2O3和Al2O3含量的增加,烧结体的致密度明显提高,相对理论密度为80％,弯曲强度上升到67．5MPa,并且B2O3作为一种烧结助剂可以有效地提高烧结体的致密度、降低材料的烧结温度．研究结果表明液相烧结六方氮化硼在实际应用上是可行的。     

单壁氮化硼纳米管储氢的理论研究

采用蒙特卡罗方法模拟常温、中等压强下单壁氮化硼纳米管的储氢,重点研究了单壁氮化硼纳米管的管径、管长和手性以及压强对其物理吸附储氢的影响.与单壁碳纳米管的物理吸附储氢相比较,氮化硼纳米管的储氢性能明显优于碳纳米管.计算结果显示,在常温、中等压强下单壁氮化硼纳米管的物理吸附储氢量(质量百分数)可以达到美国能源部提出的商业标准.     

脉冲等离子体气相合成氮化硼的研究

以Ｂ２Ｏ３粉扩ＮＨ３为原料，用脉冲等离子体反应器合成ＢＮ，所得产品经Ｘ射线衍射，红外光谱分析表明，产品中除含六方氮化硼外，还含有少量立方氮化硼，生产工艺简单。     

氮化硼作为催化剂载体的功能化改性及其应用进展

六方氮化硼(h-BN)具有良好的高温稳定性和抗酸碱腐蚀性,与多种半导体、金属等纳米材料复合可形成性能优良的新材料.但受禁带较宽和化学惰性所限,影响了h-BN在催化材料领域的广泛应用.对h-BN进行功能化,是开发h-BN材料新特性和扩大其应用领域的重要途径.概述了h BN在物理层面和化学层面的功能化制备方法,重点分析了对...     

铜纳米颗粒修饰多孔氮化硼高效还原对硝基苯酚的研究

为了寻找高催化活性、环境友好、价格低廉、稳定性好的催化剂,研究金属与载体之间的协同催化效应,采用煅烧前驱体法制备了表面富含羟基和氨基的高比表面积多孔h-BN载体,通过简单的液相还原法成功地制备出粒径分布均匀的Cu/h-BN纳米复合材料,并对复合材料的组成、微观结构和性能进行表征。结果显示,铜纳米粒子的引入并未破坏多孔h-BN的二维片状结构,但比表面积及孔径均有不同程度的下降。以对硝基苯酚(4-NP)还原为对氨基苯酚(4-AP)为模型反应,考察Cu/h-BN复合材料的催化性能,当Cu含量为6%(质量分数)时,复合纳米材料具有最高的催化性能(表观反应速率常数k=4.62×10^-2 s^-1)和稳定性,催化活性在5个循环内基本保持不变。因此,具有高比表面积的h-BN载体负载可稳定Cu纳米颗粒,它们之间的协同催化作用使Cu/h-BN具有优异的催化活性和稳定性。此研究为今后进一步研究金属与h-BN协同催化提供了理论基础。     

负偏压对六方氮化硼薄膜沉积特性的影响

利用射频磁控溅射法在n型Si(100)衬底上沉积六方氮化硼薄膜(h-BN),采用AFM、Raman、XPS、FTIR等技术研究负偏压对所沉积薄膜生长模式、结构、表面粗糙度、薄膜取向、相变等特性的影响。结果表明,当负偏压为0V时,沉积所得h-BN薄膜表面粗糙度较低、结晶性良好、c轴垂直于衬底且以层状模式生长;随着负偏压的增加,薄膜由层状模式生长转变为岛状模式生长,表面粗糙度增加,且h-BN经亚稳相E-BN和wBN向c-BN转变,使得BN薄膜相系统更加混乱,不利于高质量层状h-BN薄膜的获取。     

t-BN的制备和结晶转化行为

以硼酸和尿素为原料,采用两步法于900℃氮气气氛下制备了t-BN(turbostratic boron nitride)粉末.利用XRD分析研究了在不同温度和添加剂含量处理下由t-BN粉末向h-BN粉末的转化行为,利用SEM对粉末颗粒形貌进行了分析,并测定了不同处理条件下粉末的比表面积.研究结果表明:随着温度的升高和添加剂含量的增大,t-BN向h-BN的转化越来越完善,比表面积随着粉末转化的完善而逐渐减小.在1 300℃下得到了良好结晶的h-BN.     

Graphene and boron nitride lateral heterostructures for atomically thin circuitry

Precise spatial control over the electrical properties of thin films is the key capability enabling the production of modern integrated circuitry. Although recent advances in chemical vapour deposition methods have enabled the large-scale production of both intrinsic and doped graphene, as well as hexagonal boron nitride (h-BN), controlled fabrication of lateral heterostructures in these truly atomically thin systems has not been achieved. Graphene/h-BN interfaces are of particular interest, because it is known that areas of different atomic compositions may coexist within continuous atomically thin films and that, with proper control, the bandgap and magnetic properties can be precisely engineered. However, previously reported approaches for controlling these interfaces have fundamental limitations and cannot be easily integrated with conventional lithography. Here we report a versatile and scalable process, which we call 'patterned regrowth', that allows for the spatially controlled synthesis of lateral junctions between electrically conductive graphene and insulating h-BN, as well as between intrinsic and substitutionally doped graphene. We demonstrate that the resulting films form mechanically continuous sheets across these heterojunctions. Conductance measurements confirm laterally insulating behaviour for h-BN regions, while the electrical behaviour of both doped and undoped graphene sheets maintain excellent properties, with low sheet resistances and high carrier mobilities. Our results represent an important step towards developing atomically thin integrated circuitry and enable the fabrication of electrically isolated active and passive elements embedded in continuous, one-atom-thick sheets, which could be manipulated and stacked to form complex devices at the ultimate thickness limit.     

第一性原理研究c-BN和h-BN的弹性性质与电子结构

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法对c-BN和h-BN的弹性性质和电子结构进行理论计算,通过Voigt-Reuss-Hill方法计算得到多晶体的体模量、切变模量及杨氏模量.结果表明:c-BN和h-BN的弹性模量分别为913 GPa和239 GPa,切变模量分别为409 GPa和98 GPa,硬度分别为67和16 GPa.K/G和泊松比均表明2种化合物具有很大的脆性.同时,根据计算得到的2种化合物的电子结构图进一步分析了二者弹性性质的差异.     

石墨烯气凝胶与传统香精吸附剂的对比

香精与人们的生活有着紧密的联系,具有消毒杀菌、改善环境、使人舒适的作用。香精与热、光、空气或金属污染物反应产生氧化、聚合、脱氢和热重排而导致物理化学性质发生变化,微囊包封固化或吸附剂表面吸附可以解决这些问题。石墨烯气凝胶具有较大的比表面积、柔韧性、热和化学稳定性,是目前被广泛研究的吸附剂。介绍了石墨烯气凝胶的制备方法和吸附机制,与传统吸附剂的香精吸附效果进行了比较,展望了石墨烯气凝胶在香精吸附领域的应用前景。     

高分子表面活性剂的研究现状

概述了近年来高分子表面活性剂研究的主要进展及现状,包括天然改性及化学合成类高分子表面活性剂。天然改性高分子表面活性剂主要介绍了纤维素类。纤维素类的改性是将带长链烷基的疏水性物质接枝到纤维素链段上,使其具有两亲特性来提高表面活性。目前超声波法是制备纤维素类高分子表面活性剂的一种新途径。对于化学合成类,由于单体种类选择和组成变化范围广,且合成手段多,因此品种较多。化学合成类的主要合成方法有两亲单体均聚、亲油/亲水单体共聚及在水溶性较好的大分子物质上引入两亲单体。目前,高分子表面活性剂领域的研究仍进展缓慢,在合成同时具有超高分子量和高表面活性的问题上还值得深入研究。     

硼化氮-石墨烯杂化单原子层电学性质的第一原理

利用基于密度泛函理论的第一原理方法研究二维六方硼化氮片（h-BN） 石墨烯杂化单原子层的电学性质. 结果表明: 三角形h-BN嵌入石墨烯中或三角形石墨烯片嵌入二维h-BN中均会在能带结构导带和价带中间引入带间态, 带间态的形态与杂化方式有关; 半导体性与导体性质可相互转变, 即该杂化结构的电子结构可通过不同杂化形式调制.     

地表参量反演与遗传自组织神经元网络联合估算子像元地表温度

在热红外遥感成像模拟中,高空间分辨率的地表温度场景可以由中、低分辨率的热红外遥感数据估算得出。基于可见光 近红外数据反演的若干地表参量和低分辨率的地表温度数据,在二者间引入遗传自组织神经元网络,建立非线性像元分解方法,最终获得高空间分辨率的地表温度场景。利用ASTER卫星产品数据对该方法进行了验证,结果表明： 对于无法直接进行高分辨率地表温度反演,或缺少大量地表先验知识情况下,该方法只需利用两组遥感数据即可估算出不同地表覆盖下子像元地表温度,方法简便易行,精度较高,为快速模拟和估算高分辨率地表温度分布提供了一条新途径。最后对方法的估算精度、适用性及应用前景进行了探讨。