改性六方氮化硼纳米材料在复合材料和催化中的应用

摘要

六方氮化硼（h-BN）具有优异的化学惰性、热稳定性、低摩擦系数和膨胀系数、良好的导热性能和较高的机械强度等优点。因此，其在催化剂载体及复合材料等领域有着广阔的应用前景。但是，h-BN的的禁带宽度为6.0eV，是电的绝缘体；而且h-BN在常见溶剂中的分散性能极差，难以对其进行化学修饰，这些缺点使其在很多领域的应用中受到了限制。大量的理论计算和研究结果表明，在h-BN的表面引入一些有机官能团可以改善其在溶剂中的分散性能，而在h-BN中掺杂杂原子可以对其禁带宽度进行调控，从而达到相应的应用目的。因此，本论文制备了高水溶性的六方氮化硼纳米片和碳原子掺杂的硼碳氮材料（BCN），研究了其在复合水凝胶，电化学催化反应和光催化反应中的应用。
　　（1）用硫酸铵辅助球磨的方法制备了高溶剂分散性的氨基修饰的氮化硼纳米片（BNNH2），其在水中的最大分散浓度达到了45mg mL-1。然后在BNNH2片层上负载了均匀的纳米Ag粒子，并将Ag-BNNH2与 PVA混合制备了复合水凝胶，探究了不同的Ag-BNNH2含量对复合水凝胶的机械性能和抗菌性能的影响。当Ag-BNNH2含量为2.5％时，除在一定程度上能提高复合水凝胶的机械性能外，其对大肠杆菌的抗菌效果也是最好的。
　　（2）以高温热解法制备了BCN纳米管并用于电化学氧还原（ORR）催化反应，研究了热解温度，反应物中碳源的含量对BCN的形貌和催化活性的影响。研究结果表明，只有在合适的温度（900℃）和合适的碳源含量下，才能制备出管状均匀的BCN并用于高效催化ORR反应。在最佳条件下制备的BCN-5有着丰富的管状结构，相对较高的比表面积。用BCN-5修饰的电极对ORR的催化活性最高，平均电子转移数达到了3.87。而且在同样的条件下，表现出比商业20%Pt/C更高的稳定性和甲醇耐受性。
　　（3）将第二部分制备的BCN用于光催化降解甲基橙的反应中。以ZnO为主要光催化活性组分，通过改变掺杂Li的含量和在基底BCN上的负载量，确定了10%的Li掺杂量和40%的负载量为最佳比例，制备的ZnO/Li10对甲基橙的降解效率比纯ZnO的降解效率提高了一倍以上；最终得到的复合催化剂BCN60/ZnO/Li10的降解效率更是纯ZnO降解效率的4倍，并且在循环使用四次后依然保持很高的降解效率，具有很好的光催化稳定性。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 引 言

1.2 氮化硼（Boron Nitride, BN）纳米材料

1.3 六方氮化硼纳米片（BNNS）的结构

1.4 六方氮化硼纳米片（BNNS）的制备方法

1.5 六方氮化硼纳米片（BNNS）的修饰

1.6 六方氮化硼纳米片（BNNS）的应用

1.7 硼碳氮（Borocarbonitrides, BxCyNz）材料的制备及应用

1.8 本论文的研究意义、内容及创新点

参考文献

第二章 高水溶性氮化硼的制备及其在抗菌水凝胶中的应用

2.1 引 言

2.2 实验部分

2.3 BNNH2与Ag-BNNH2的性质表征

2.4 水凝胶的性质表征

2.5 小 结

参考文献

第三章 BCN纳米管的制备及其在电化学氧还原反应（ORR）中的应用

3.1 引 言

3.2 实验部分

3.3 材料的物相和结构分析

3.4 材料的电催化氧还原性能

3.5 小 结

参考文献

第四章 BCN材料在光催化中的应用

4.1 引 言

4.2 实验部分

4.3 催化剂的形貌与结构相关表征

4.4 催化剂的光催化性能

4.5 小 结

参考文献

硕士期间发表和拟发表的论文

致谢