本發(fā)明屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種親水性氮化硼納米片及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

六方氮化硼(hexagonalboronnitride，h-bn)也被稱為“白色石墨”。作為石墨的一種結(jié)構(gòu)類似物，由于其獨特的物理、化學(xué)性能受到了國內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注。低維h-bn納米材料具有優(yōu)良的生物相容性、出色的載藥負(fù)載能力和獨特的光致發(fā)光和電致發(fā)光特性，使其成為了藥物載體、生物傳感、生物成像和腫瘤治療等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究熱點。六方氮化硼粉末通過層層剝離之后能夠得到單層或者少層的氮化硼納米片。氮化硼納米片被認(rèn)為是藥物和蛋白遞送的一個優(yōu)良載體，在生物醫(yī)藥領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。

制備氮化硼納米片的方法主要是自上而下法，即通過物理或化學(xué)手段將氮化硼粉體材料剝離獲得小尺寸的氮化硼納米片。目前很多制備氮化硼納米片的方法都是從石墨烯的制備方法衍生而來，但是很多制備石墨烯的方法對于氮化硼的剝離效果不好，這是由于氮化硼納米片之間除了存在范德華力，還存在很強的離子鍵作用。因此，對于氮化硼材料的大規(guī)模剝離方法的探索仍然是材料領(lǐng)域研究的一個難點和熱點。目前，已報道的制備氮化硼納米片的主要方法包括氣相沉積法(nanoletters,2010,10(8):3209-3215.)、超聲溶劑輔助剝離法(advancedmaterials,2009,21(28):2889-2893.)、球磨法(ceramicsinternational,2016,42(6):7155-7163.naturecommunications,2015,6.)、熔融法(advancedmaterials,2013,25(15):2200-2204.)、離子插層法(angewandtechemie,2014,126(14):3719-3723.)、液氮汽化法(angewandtechemie,2016,128(36):10924-10928.)等。雖然通過以上方法可以成功制備出氮化硼納米片，但是依然存在反應(yīng)時間長、實驗過程繁瑣、反應(yīng)條件苛刻和反應(yīng)試劑昂貴等缺點。已報道的制備氮化硼納米片的方法產(chǎn)率仍然較低，所制備的氮化硼納米片的尺寸較大、水分散性較差，也極大地限制了其在生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用。因此，開發(fā)出一種簡單、環(huán)保且能夠應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)親水性氮化硼納米片的方法仍然是一個挑戰(zhàn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點與不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種親水性氮化硼納米片的制備方法；該方法簡單快捷、環(huán)保安全、產(chǎn)率高。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種上述制備方法得到的親水性氮化硼納米片。

本發(fā)明的再一目的在于提供上述親水性氮化硼納米片的應(yīng)用。

本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種親水性氮化硼納米片的制備方法，該方法是采用醇類作為溶劑，堿離子為插層試劑，通過溶劑熱法制備氮化硼納米片。

上述的制備方法，具體包括以下步驟：

(1)堿離子插層氮化硼復(fù)合物的制備：

a、將六方氮化硼粉末分散在醇類試劑中，制得分散液，所配置得到的分散液中六方氮化硼粉末的濃度為0.5～2mg/ml；再向該分散液中加入濃度為2.5mol/l的堿溶液，超聲混勻制得混合液；所述醇類試劑和堿溶液的體積比為30：1～5；

b、將步驟a得到的混合液轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中，密封；放置在溫度為100～180℃的烘箱內(nèi)反應(yīng)6～24h，待冷卻至室溫，真空抽濾并用去離子水洗滌后收集沉積在微孔濾膜上的白色粉末，放入真空干燥箱干燥去除多余的水分，即可得到堿離子插層氮化硼復(fù)合物；

(2)氮化硼納米片的制備：

c、將步驟(1)得到堿離子插層氮化硼復(fù)合物重新分散于水溶液超聲處理10～60min，離心去除未被剝離的六方氮化硼粉末，即可得到氮化硼納米片的水分散液；

d、將步驟c得到的分散液轉(zhuǎn)移到截留分子量為8000～14000da的透析袋中透析至中性，除去殘余的堿離子，得到純化的氮化硼納米片水分散液；將氮化硼納米片水分散液冷凍結(jié)冰后通過真空冷凍干燥即可獲得氮化硼納米片粉末。

步驟a中所述的醇類試劑為乙醇、乙二醇、丙三醇，來源豐富、價格便宜、毒性低、污染小，且能更好地分散六方氮化硼粉末；所述的堿溶液為氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液或氫氧化鋰溶液，其離子尺寸小于氮化硼片層間距，能夠有效地進行插層和剝離。

步驟a中所述超聲的功率為118～122w。

步驟b中所述的反應(yīng)釜為聚四氟乙烯內(nèi)襯反應(yīng)釜；所述真空抽濾所用的濾膜為有機濾膜，孔徑為0.22um，能夠保留住大部分剝離獲得的產(chǎn)物。

步驟d中所述的透析的時間為2～3天，每個6小時更換一次去離子水，直至中性，能夠有效地除去多余的堿離子。

步驟d中所述的真空冷凍干燥是在溫度為-40～-90℃，氣壓為8～20pa的條件下冷凍干燥，得到氮化硼納米片粉末。

一種根據(jù)上述的制備方法制備得到的親水性氮化硼納米片。

上述的親水性氮化硼納米片在藥物載體、生物傳感領(lǐng)域中的應(yīng)用。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點及效果：

(1)本發(fā)明采用溶劑熱法制備氮化硼納米片，所需醇類溶劑廉價易得，毒性低，對環(huán)境污染小，且能有效分散六方氮化硼粉末，增加六方氮化硼粉末與插層離子的接觸。

(2)堿為常見的化工原料，價格低廉，能夠有效地插層和剝離六方氮化硼粉末，所獲得的氮化硼納米片純度和產(chǎn)率都比較高，且具有良好的水分散性和穩(wěn)定性。

(3)本發(fā)明制備方法操作簡便，所需實驗設(shè)備簡易，生產(chǎn)成本低且周期短，可望實現(xiàn)工業(yè)化大批量生產(chǎn)。

附圖說明

圖1為實施例1制備的氮化硼納米片的高分辨透射電子顯微鏡圖片。

圖2為實施例1制備的氮化硼納米片的原子力顯微鏡圖。

圖3為實施例1制備的氮化硼納米片水分散液在激光照射下的丁達爾現(xiàn)象圖。

圖4為實施例1制備的六方氮化硼粉末和氮化硼納米片的x射線衍射圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

實施例1：

(1)堿離子插層氮化硼復(fù)合物的制備

a.將六方氮化硼粉末分散在30ml乙醇中，制得分散液，所配置得到的分散液中六方氮化硼粉末的濃度為1mg/ml；再向該分散液中加入2ml濃度為2.5mol/l的氫氧化鉀水溶液，超聲混勻制得混合液；

b.將步驟a得到的混合液通過量筒均勻地轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中，密封；放置在溫度為180℃的烘箱內(nèi)反應(yīng)12h，待冷卻至室溫，真空抽濾并用去離子水洗滌后收集沉積在微孔濾膜上的白色粉末，放入真空干燥箱干燥去除多余的水分，即可得到堿離子插層氮化硼復(fù)合物。

(2)氮化硼納米片的制備

c.將步驟(1)得到堿離子插層氮化硼復(fù)合物重新分散于水溶液超聲處理20min，離心去除未被剝離的六方氮化硼粉末，即可得到氮化硼納米片的水分散液。

d.將步驟c得到的分散液轉(zhuǎn)移到截留分子量為8000～14000da的透析袋中透析至中性，除去殘余的堿離子，得到純化的氮化硼納米片水分散液。將氮化硼納米片水分散液冷凍結(jié)冰后通過真空冷凍干燥即可獲得氮化硼納米片粉末。

圖1為實施例1得到的氮化硼納米片的高分辨率透射電鏡圖片，從圖中可以看到制得的氮化硼納米片呈薄膜狀片層，表面存在很多的褶皺，這是由于表面出現(xiàn)了很多含氧官能團所引起的，這個現(xiàn)象類似石墨被氧化成氧化石墨之后出現(xiàn)褶皺的現(xiàn)象。圖2為實施例1得到的氮化硼納米片的原子力顯微鏡圖，有圖可知氮化硼納米片的厚度僅為1.5nm左右，說明通過堿插層溶劑熱處理過程六方氮化硼粉末被成功剝離成少層氮化硼納米片。圖3為實施例1得到的氮化硼納米片和六方氮化硼粉末的x射線衍射圖，可知六方氮化硼粉末在2＝26.68°有一尖峰，對應(yīng)是六方氮化硼的(002)晶面，而氮化硼納米片在2＝27.73°出現(xiàn)一個較弱的峰，峰寬變大。圖4為實施例1得到的氮化硼納米片水分散液放置一周之后，在激光筆照射下，可以觀察到明顯的丁達爾現(xiàn)象。

實施例2

(1)堿離子插層氮化硼復(fù)合物的制備

a.將六方氮化硼粉末分散在30ml乙二醇中，制得分散液，所配置得到的分散液中六方氮化硼粉末的濃度為0.5mg/ml；再向該分散液中加入1ml濃度為2.5mol/l的氫氧化鈉水溶液，超聲混勻制得混合液；

b.將步驟a得到的混合液通過量筒均勻地轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中，密封；放置在溫度為160℃的烘箱內(nèi)反應(yīng)16h，待冷卻至室溫，真空抽濾并用去離子水洗滌后收集沉積在微孔濾膜上的白色粉末，放入真空干燥箱干燥去除多余的水分，即可得到堿離子插層氮化硼復(fù)合物。

(2)氮化硼納米片的制備

c.將步驟(1)得到堿離子插層氮化硼復(fù)合物重新分散于水溶液超聲處理30min，離心去除未被剝離的六方氮化硼粉末，即可得到氮化硼納米片的水分散液。

d.將步驟c得到的分散液轉(zhuǎn)移到截留分子量為8000～14000da的透析袋中透析至中性，除去殘余的堿離子，得到純化的氮化硼納米片水分散液。將氮化硼納米片水分散液冷凍結(jié)冰后通過真空冷凍干燥即可獲得氮化硼納米片粉末。

實施例3

(1)堿離子插層氮化硼復(fù)合物的制備

a.將六方氮化硼粉末分散30ml丙三醇中，制得分散液，所配置得到的分散液中六方氮化硼粉末的濃度為2mg/ml；再向該分散液中加入4ml濃度為2.5mol/l的氫氧化鋰水溶液，超聲混勻制得混合液；

b.將步驟a得到的混合液通過量筒均勻地轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中，密封；放置在溫度為120℃的烘箱內(nèi)反應(yīng)24h，待冷卻至室溫，真空抽濾并用去離子水洗滌后收集沉積在微孔濾膜上的白色粉末，放入真空干燥箱干燥去除多余的水分，即可得到堿離子插層氮化硼復(fù)合物。

(2)氮化硼納米片的制備

c.將步驟(1)得到堿離子插層氮化硼復(fù)合物重新分散于水溶液超聲處理20min，離心去除未被剝離的六方氮化硼粉末，即可得到氮化硼納米片的水分散液。

d.將步驟c得到的分散液轉(zhuǎn)移到截留分子量為8000～14000da的透析袋中透析至中性，除去殘余的堿離子，得到純化的氮化硼納米片水分散液。將氮化硼納米片水分散液冷凍結(jié)冰后通過真空冷凍干燥即可獲得氮化硼納米片粉末。

上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。