氮化硼基納米材料與薄膜的催化劑輔助生長及其性能研究.pdf

1、氮化硼（BN）在結(jié)構(gòu)上與石墨相似，具有良好的熱傳導性、抗氧化性和化學穩(wěn)定性，在納米光電器件、高頻激光器和高導熱復合材料等領(lǐng)域都有很好的應用前景。但是 BN材料存在導電性差的問題，通過適當?shù)膿诫s形成硼碳氮（BCN）三元化合物，便可解決這一問題。BCN材料不僅具BN材料的很多優(yōu)點，還具有良好的導電性，可以在更廣的范圍內(nèi)得到應用，其在鋰離子電池、儲氫、超級電容器和場電子發(fā)射和電子器件等領(lǐng)域都具有良好的應用前景。
　　目前 BN領(lǐng)域的研究

2、仍存在很多問題，如氣源具有毒性、所制備的納米材料易于團聚、薄膜材料結(jié)晶度低、性能和應用研究需要進一步深入等。本論文針對這些問題展開研究，首先以固體B粉為B源，利用催化劑輔助熱蒸發(fā)的方法，制備出來了BN納米片球和BCN納米片球，并研究了BN納米片球用于污水處理的吸附性能以及BCN納米片球作為 Pt催化劑載體的應用。其次，利用催化劑輔助生長高質(zhì)量的BN薄膜，催化劑的使用大大提高了薄膜的結(jié)晶度。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　以金屬氧化物

3、為催化劑，通過加熱金屬氧化物和B粉混合物，使B原子蒸發(fā)出來，再引人NH3氣制備了BN納米片球。系統(tǒng)地研究了催化劑、反應溫度、B粉與催化劑質(zhì)量配比（RB/C）等工藝參數(shù)對BN納米片球生長的影響。研究結(jié)果表明，CoO/CoFe2O4和NiO/NiFe2O4在適當?shù)墓に嚄l件下都可以作為催化生長BN納米片球的催化劑，但CoO/CoFe2O4的催化效果更好。反應溫度和RB/C對BN納米片球的生長影響很大，通過改變反應溫度和RB/C值，實現(xiàn)了對BN

4、納米片球的尺寸和納米片厚度的控制。研究了BN納米球作為廢水吸附劑的應用，主要考察了其對泵油、染料和重金屬離子的吸附能力。研究結(jié)果表明BN納米片球在去除水中含有的廢油、染料和重金屬離子等有害物質(zhì)時，表現(xiàn)出來了優(yōu)異的吸附性能。BN納米片球?qū)τ偷奈搅窟_到了自身重量的7.8倍；對孔雀石綠（MG）和亞甲基藍（MB）的最大吸附量分別為324和233 mg/g；對Cu2+、Pb2+和Cd2+的最大吸附量分別為678.7、536.7和107.0 mg

5、/g。這一結(jié)果表明，BN納米片球在廢水處理領(lǐng)域?qū)⒂泻芎玫膽们熬啊?br>　　通過加熱催化劑和B粉的混合物，再通入CH4和NH3制備出來了BCN納米片球。研究了CH4流量、反應溫度和RB/C等工藝參數(shù)對 BCN納米片球生長的影響。研究結(jié)果表明，CH4流量和反應溫度對BCN納米片球的結(jié)構(gòu)具有重要影響，在CH4流量為10 sccm，1300℃下生長出來了BCN納米片球。通過改變RB/C的比值，實現(xiàn)了BCN納米片球尺寸的控制，BCN納米片球的

6、尺寸控制在0.45-4μm之間。由于BCN納米片球具有開放性的結(jié)構(gòu)、不易團聚和良好的導電性的特點，因此研究了其作為催化劑載體的應用。采用乙二醇還原法，成功的將 Pt納米顆粒均勻地分散于BCN納米片表面，并且所制備出來的電催化劑在堿性溶液中表現(xiàn)出了良好的催化氧還原（ORR）活性和穩(wěn)定性。
　　以Mo為催化劑，通過化學氣相沉積（CVD）和后期退火處理的方法，制備出來了高質(zhì)量的BN薄膜。系統(tǒng)地研究了BF3流量、H2流量、微波功率、工作氣