近年來,低維材料,特別是以石墨烯為代表的二維層狀材料,已成為研究者關(guān)注的焦點。隨著維度的降低,低維材料會出現(xiàn)很多不同于塊體材料的新奇的光、電和磁性能,從而拓展了它們在電子學、光電子學、能量轉(zhuǎn)化和存儲、熱電子學等領(lǐng)域的應用。低維六方氮化硼（h-BN）以質(zhì)輕、比表面積大、高導熱性、優(yōu)異的抗氧化性和化學惰性等特性,有望在高性能的納米電子器件、復合材料、能量儲存和轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域得到廣泛應用,被認為是目前低維材料體系中最有前途的一種新型功能材料。本文通過設(shè)計和開發(fā)合適的反應路線實現(xiàn)對不同維度的低維h-BN材料的有效合成,將低維h-BN材料所具有的特殊維度效應賦予其獨特的理化性能與其本征性能相結(jié)合,研究了其在光、電和吸附領(lǐng)域的應用。主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下:（1）采用一種改進的超聲輔助溶劑熱法以具有4～8層結(jié)構(gòu)的h-BN納米片為前驅(qū)體高效合成了氮化硼量子點（BNQDs）。通過調(diào)整前驅(qū)體的制備工藝可以實現(xiàn)對BNQDs尺寸和性能的調(diào)控,當合成溫度為900℃時,獲得的前驅(qū)體具有類似石墨烯的薄片狀結(jié)構(gòu),更適合用于制備BNQDs,合成的BNQDs平均尺寸為4.6 nm�；贐NQDs顯著的量子限域效應,研究了其光... 

【文章來源】：北京科技大學北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：135 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖２－１?ＢＮ的晶體結(jié)構(gòu)??表２－１?ＢＮ的晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)⑴??

?低維六方氮化硼制備及功能化應用的基礎(chǔ)研宄???圖２－２?（ａ）?ｈ－ＢＮ與（ｂ）石墨的結(jié)構(gòu)示意圖??表２－２?ｈ－ＢＮ與石墨的性質(zhì)比較丨２丨??性質(zhì)?ｈ－ＢＮ?石墨??鍵長（ｎｍ）?０．１４４?０．１４２??鍵能（ｅＶ）?４?３．７??層間距（ｎｍ）?０．３３３?０．３３５??楊氏模量（ＴＰａ）?０．８１－１．３?１．１??平面熱導率（Ｗ／ｍＫ）?４００?２６００??鄰間轉(zhuǎn)移電荷（４）?￣０．４?￣０??帶隙（ｅＶ）?５．５－６?￣０??擊穿電壓（ＭＶ／ｃｍ）?？７?導體??耐氧化溫度（°Ｃ）?？８４０?－６００??外觀顏色?白色／近透明體?黑色??２．１．２六方氮化硼的性質(zhì)??材料的性質(zhì)總是和結(jié)構(gòu)息息相關(guān)，不同的結(jié)構(gòu)決定其具有不同的特性。??ｈ－ＢＮ各向異性的獨特分子結(jié)構(gòu)使其在很多物理化學性質(zhì)方面具有得天獨厚??的優(yōu)勢。具體性質(zhì)如下：??（１）熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性??超高的抗氧化性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是ｈ－ＢＮ材料相對于其他材料的明顯優(yōu)勢。??它可在２０００?°Ｃ的高溫中保持穩(wěn)定，其升華溫度大約為３０００?°Ｃ。除具有良好??的熱穩(wěn)定性以外，ｈ－ＢＮ還具有優(yōu)異的化學穩(wěn)定性，與多數(shù)的氧化劑、無機酸、??堿等不會發(fā)生化學反應。同時它也具有高的耐腐蝕性，與大多數(shù)的金屬既不??會發(fā)生化學反應也不會產(chǎn)生潤濕。此外，ｈ－ＢＮ具有強中子吸收能力，可作為??防護裝置預防中子輻射。以上的這些特性使ｈ－ＢＮ可以作為良好的絕緣材料、??導熱填料、微波透明屏蔽層等，甚至在工業(yè)上也廣泛用于耐久性的高溫坩堝、??－４?－??

文???２．２．１物理功能化法??ｈ－ＢＮ材料的物理功能化法主要是指通過不同的制備方法對其結(jié)構(gòu)和形??貌進行調(diào)控。不同維度的ｈ－ＢＮ材料具有不同的性能與應用，制備方法也各??異。市售的ｈ－ＢＮ通常呈現(xiàn)出層狀的塊體結(jié)構(gòu)，厚度從幾十納米到數(shù)百納米，??并且橫向尺寸在幾微米左右。人工合成的ｈ－ＢＮ材料的結(jié)構(gòu)按空間維度可以??分為成０Ｄ的納米粒子和量子點，一維（１Ｄ）的管、絲、帶，二維（２Ｄ）的??薄片和三維（３Ｄ）的多孔結(jié)構(gòu)，以及許多其他新穎的功能化納米結(jié)構(gòu)【２２－２９】，??如圖２－４所示，經(jīng)過不斷的探索，通過不同的可控制備方法合成了形貌多樣??性的ｈ－ＢＮ。這些具有不同形貌的ｈ－ＢＮ材料因具有不同的尺寸效應、層數(shù)效??應以及邊緣和缺陷效應而形成不同的電子結(jié)構(gòu)，從而影響其性能和功能化應??用。??ｍｍｊ??圖２－４?ｈ－ＢＮ的不同形貌：（ａ）納米粒子丨２２丨，（ｂ）納米帶丨９丨，（ｃ）納米管??丨２３丨，（ｄ）納米片丨２４丨，（ｅ）納米網(wǎng)丨２５丨，（ｆ）納米毯丨２６丨，（ｇ）空心球丨２７丨，（ｈ）??納米花［２Ｓ、（ｉ）多孔結(jié)構(gòu)丨２９丨??在過去的幾十年中，人們見證了低維ｈ－ＢＮ材料的蓬勃發(fā)展。低維ｈ＿ＢＮ??材料與塊體的性能有很大差別，如表２－３所示，沿軸向測得的ＢＮＮＴｓ的彈性??模量范圍為０．５？１．３?ＴＰａ，而ＤＦＴ計算得出的ｈ－ＢＮ單層的彈性模量為??０．７２？０．９５?ＴＰａ，接近于塊體ｈ－ＢＮ。這種超高強度使其能夠在與聚合物、金屬??等材料復合后具有很廣泛的應用。為了進一步擴展其應用范圍，研究者在制??備出不同維度和形貌的ｈ－ＢＮ材料基礎(chǔ)上，又創(chuàng)建了多孔結(jié)構(gòu)。當其形成多??孔結(jié)構(gòu)時，表現(xiàn)出更多

【參考文獻】：
期刊論文
[1]TiO2納米陣列∕石墨烯復合材料在水處理和能量轉(zhuǎn)換與儲存中的研究進展（英文）[J]. 范艷華,胡光武,于帥芹,麥立強,徐林.  Science China Materials. 2019(03)
[2]直徑小于100 nm空心二氧化鈦納米球的簡單綠色可控合成及其光催化產(chǎn)氫性能研究（英文）[J]. 譚余波,劉茂昌,魏代星,唐鶴鳴,封心建,沈少華.  Science China Materials. 2018(06)



本文編號：3119281