白石墨烯泡沫的无模板大产量制备及其应用

摘要

多孔氮化硼除具有高稳定性、高导热、低摩擦和良好的透波性等属性外，还具有高比表面积和独特的孔径分布的特征，在催化剂载体、储能材料、高分子填料等领域具有广泛的应用前景。多孔氮化硼的制备是研究其性能和推广其应用的前提，目前多孔氮化硼的制备方法主要有水热合成法、模板法、先驱体热解法和气凝胶技术，但这些方法的合成工艺一般都比较繁琐而且产量较低，大大限制了多孔氮化硼材料的应用和发展。因此，寻求一种合适的、简单易行的方法来制备具有高质量、高产率、高比表面积的多孔氮化硼具有十分重要的意义。本文采用无模板的一步合成法制备出具有不同微观形貌的多孔氮化硼，研究其属性并针对其结构特征应用于催化剂载体、环境治理、高分子复合等领域。
　　以硼烷氨为原料，硫脲、氨基硫脲为发泡剂，通过简单的高温热分解反应，即可制备出白色泡沫状的多孔氮化硼。产率可以达到68％、表观密度可以低至2.05mg cm-3，比商业氮化硼的理论密度（2.27g cm-3）低三个数量级，这种的超轻物质能站立在蒲公英上而没有压弯其晶须。当发泡剂为硫脲时，可以得到由不规则骨架支撑、大面积薄片连接的三维多孔氮化硼，产物标记为ABSN。HRTEM显示出ABSN产物的薄片结构上具有多孔结构，片层可以达到单层、双层、三层的原子厚度；氮气吸附脱附结果表明ABSN的比表面积为681m2 g-1，平均孔径为1.5和32nm。当发泡剂为氨基硫脲时，可以得到三支叉、四支叉相互连接的网络纤维状的多孔氮化硼，产物标记为ABSD。SEM显示出ABSD产物的纤维长度可以达到几百微米；氮气吸附脱附结果表明ABSN的比表面积为128m2 g-1，平均孔径为15nm。
　　以聚乙二醇为反应溶液、硝酸银为原料、ABSN产物为催化剂载体，采用紫外光辐射的方法制备出Ag/ABSN催化剂。Ag/ABSN催化剂对甲醇不仅显示出良好的催化性能（T50、T95分别只有50oC和110oC，远低于Ag/γ-Al2O3催化剂对应的这两个数值110oC、180oC），而且在高温下能维持很好的稳定性。
　　以ABSN产物为吸附剂，对有机溶剂、油进行吸附，吸附能力可以达到70-191g g-1，吸附能在瞬间完成，且可以多次循环利用。对甲基蓝、甲基橙染料的吸附能在5min之内完成80%以上的吸附，最大吸附能力将近500mg g-1。
　　以ABSD产物为添加剂，SD184为基体材料，采用热固成型工艺可以制备出不同ABSD含量的ABSD/SD184复合材料。随着氮化硼纤维含量的增加，ABSD/SD184复合材料的耐热性逐渐增加；1wt%的复合材料在600nm处具有83%的透光率；5wt%的复合材料的机械强度为96MPa，弹性模量为3.46GPa；50wt%的复合材料的热导率可以增加至114.7W m-1 K-1。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 研究背景

1.3 氮化硼的分类和属性

1.4多孔氮化硼的制备方法

1.5多孔氮化硼的应用

1.6 论文研究目的及意义

第二章 多孔氮化硼的制备

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3结果与讨论

2.4本章小结

第三章 三维多孔氮化硼纳米片作为催化剂载体

3.1引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 三维多孔氮化硼纳米片的水处理应用

4.1引言

4. 2 实验部分

4. 3 结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 多孔氮化硼纤维网络的应用

5.1 引言

5.2 实验部分

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 工作结论

6.2 创新点

6.3 展望

参考文献

致谢

在学期间发表的学术论文及申请的专利

在学期间参加的主要科研项目