一種氮化硼納米片的制備方法及以其為載體的催化劑的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及納米材料制備領(lǐng)域及催化技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種氮化硼納米片制 備方法，還具體是涉及以氮化硼納米片為載體制備的催化劑，應(yīng)用于有機(jī)反應(yīng)催化。
【背景技術(shù)】
[0002] 納米科學(xué)技術(shù)作為當(dāng)代高科技和新興學(xué)科發(fā)展的基礎(chǔ)為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)防實(shí) 力、科技發(fā)展乃至整個(gè)社會(huì)的進(jìn)步產(chǎn)生了巨大的影響。六方氮化硼（h-BN)和石墨是兩種結(jié) 構(gòu)類似的無(wú)機(jī)材料，二者獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征使得它們?cè)诙鄠€(gè)領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。h-BN， 是典型的III _ V族化合物，呈白色，又被稱為"白石墨"。其每一層都是由硼與氮原子交替排 列組成，在二維方向無(wú)限延伸形成六方形網(wǎng)格，層內(nèi)由sp 2雜化形成的B-N共價(jià)鍵相連，層 間靠范德華力結(jié)合。h-BN有諸多優(yōu)異的性能，比如高機(jī)械性能、高熱導(dǎo)率、高耐熱性、低熱膨 脹系數(shù)、耐化學(xué)腐蝕性、低摩擦系數(shù)等，并被廣泛應(yīng)用于飛機(jī)及火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴口涂料、特種 陶瓷、高溫高壓固體潤(rùn)滑劑、航空航天中的熱屏蔽材料、原子反應(yīng)堆中的結(jié)構(gòu)材料、甚至食 品添加劑。
[0003] h-BN有著類似于石墨的結(jié)構(gòu)，其納米量級(jí)的BNNS也有諸多特殊的性能。制備BNNS 的方法，主要有液相超聲剝離法、機(jī)械剝離-等離子刻蝕法和化學(xué)氣相沉積（CVD)法。超聲 分散法為液相剝離法中操作最簡(jiǎn)單的，且因其價(jià)格相對(duì)低廉、可以大量制備產(chǎn)品及工業(yè)化 生產(chǎn)可行性等優(yōu)點(diǎn)，引起了科研人員很大的興趣與廣泛的研宄。最近，美國(guó)漢普頓國(guó)家航空 航天研宄所Lin實(shí)驗(yàn)組利用綠色溶劑（水）來(lái)剝離h-BN，剝離過(guò)程中利用了水的強(qiáng)極性對(duì) h-BN的剪切力，得到了橫向尺寸相對(duì)于原始h-BN明顯減少的少數(shù)層BNNS。但利用單純的 溶劑剝離h-BN，產(chǎn)率低是制約其大范圍應(yīng)用的關(guān)鍵因素之一。
[0004] 隨著石墨烯在催化方面展現(xiàn)的巨大應(yīng)用潛力，h-BN用作催化劑載體也日漸引起人 們的重視。丹麥林比科學(xué)家Claus等最先將h-BN用作Ru催化劑載體，該催化劑在高溫下 的壽命比碳或其它載體負(fù)載的Ru催化劑明顯延長(zhǎng)。臺(tái)大Wu等人也合成了 Pt/h-BN催化劑 并用于高溫氧化揮發(fā)性有機(jī)物。此外，h-BN負(fù)載的金屬催化劑在炔烴的選擇性還原反應(yīng) 中的應(yīng)用也受到了研宄人員的關(guān)注。但是由于h-BN缺陷少且比表面積?。?1. 6m2/g)，作為 載體它與活性組分的作用力較弱，金屬的負(fù)載量相對(duì)較小，因此限制了它在催化中的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供了一種制備氮化硼納米片的方法，解決了現(xiàn)有方法產(chǎn)率低的問(wèn)題。應(yīng) 用此方法可以在短時(shí)間內(nèi)高產(chǎn)率（15%?20%)地得到少數(shù)層的氮化硼納米片，而且溶劑 氯化亞砜可以使用較為簡(jiǎn)單的方法回收并重復(fù)利用。本發(fā)明進(jìn)一步提供了以氮化硼納米片 為載體制備的催化劑。所得催化劑在有機(jī)反應(yīng)呈現(xiàn)了很好的催化作用，尤其對(duì)于芳香化合 物加氫反應(yīng)。
[0006] 為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是： 一種制備氮化硼納米片的方法，此法包括將六方氮化硼分散到氯化亞砜中，通過(guò)超聲 一段時(shí)間后回收溶劑得到氮化硼納米片。具體包括如下步驟： S1將六方氮化硼加入到氯化亞砜中； S2將S1中所得的體系置于超聲波清洗機(jī)內(nèi)超聲； S3將S2中所得體系靜置或離心，取上層分散液并回收溶劑，干燥即得一種氮化硼納米 片。
[0007] 根據(jù)表面化學(xué)可知，分散相與溶劑的表面能越接近，兩者混合后形成的焓越低，即 溶劑的表面張力在剝離中是關(guān)鍵的影響因素。六方氮化硼的表面能大約為44?66J/cm 2， 氯化亞砜的表面張力為36. lj/cm2,二者比較接近。而且氯化亞砜的強(qiáng)極性及活潑的化學(xué) 性質(zhì)，可能會(huì)在剝離的過(guò)程中對(duì)六方氮化硼表面進(jìn)行功能化修飾。另外，由于氯化亞砜的沸 點(diǎn)較低，易揮發(fā)等特點(diǎn)，使溶劑的回收處理較為簡(jiǎn)便。所以，步驟S1中優(yōu)選氯化亞砜作為溶 劑。
[0008] 進(jìn)一步地，步驟S1中六方氮化硼的濃度為1?10mg/ml。六方氮化硼的濃度對(duì)氮 化硼納米片的產(chǎn)率有一定影響。濃度過(guò)大，由于溶劑量相對(duì)較少，對(duì)六方氮化硼的作用力較 弱，會(huì)降低氮化硼納米片的產(chǎn)量；濃度過(guò)小，會(huì)造成溶劑的浪費(fèi)。
[0009] 進(jìn)一步地，步驟S2中超聲的功率為50?500W，時(shí)間為5?48小時(shí)。超聲的功率 和時(shí)間會(huì)對(duì)氮化硼納米片的形貌和產(chǎn)量造成很大的影響。功率過(guò)小或時(shí)間過(guò)短，會(huì)使制得 的氮化硼納米片厚度較厚且產(chǎn)率低；功率過(guò)大或時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)減少制得的氮化硼納米片的 橫向尺寸。
[0010] 進(jìn)一步地，步驟S3中離心的轉(zhuǎn)速為500?8000rpm/min，時(shí)間為1?30分鐘。靜 置時(shí)間為10?40小時(shí)。靜置或離心的時(shí)間會(huì)對(duì)氮化硼納米片的形貌和產(chǎn)量造成很大的影 響。時(shí)間過(guò)短，片層較厚的氮化硼納米片沒(méi)有完全沉淀下去，會(huì)使制得的氮化硼納米片厚度 較厚；時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，大量的氮化硼納米片沉淀下去，降低產(chǎn)率。
[0011] 本發(fā)明還提供了一種以氮化硼納米片為載體制備的催化劑，主要應(yīng)用于有機(jī)反 應(yīng)。該催化劑通過(guò)沉淀沉積法制備，以過(guò)渡金屬中的一種或多種為活性組分，且負(fù)載的活性 組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是1?10wt%。該催化劑在多種有機(jī)反應(yīng)中都表現(xiàn)出較高的催化活性，尤 其是硝基苯加氫，具有與商業(yè)Pd/c相媲美的活性。反應(yīng)結(jié)束后，催化劑可用過(guò)濾的方法回 收并重復(fù)利用，而且催化活性沒(méi)有明顯的降低。
[0012] 進(jìn)一步地，所述的有機(jī)反應(yīng)為芳香化合物的選擇性加氫反應(yīng)。
[0013] 進(jìn)一步地，所述的有機(jī)反應(yīng)為芳香硝基化合物加氫反應(yīng)。
[0014] 進(jìn)一步地，所述的有機(jī)反應(yīng)為肉桂醛選擇性加氫反應(yīng)。
[0015] 進(jìn)一步地，所述的有機(jī)反應(yīng)為偶聯(lián)反應(yīng)。
[0016] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明制備氮化硼納米片的方法簡(jiǎn)單、操作容易、條件溫和且產(chǎn) 率高。本方法所用的溶劑氯化亞砜沸點(diǎn)較低，利于回收利用；而且制備的氮化硼納米片層數(shù) 少，厚度小，純度高。以氮化硼納米片為載體的催化劑催化有機(jī)反應(yīng)，其催化效果佳。本發(fā) 明的催化劑催化芳香硝基化合物加氫反應(yīng)轉(zhuǎn)化率高，后處理簡(jiǎn)單；催化肉桂醛加氫反應(yīng)轉(zhuǎn) 化率高，選擇性高，后處理簡(jiǎn)單；催化Heck偶聯(lián)反應(yīng)，產(chǎn)率高，后處理簡(jiǎn)單。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1為本發(fā)明制備的BNNS在氯化亞砜中的分散圖； 圖2為本發(fā)明制備的BNNS的原子力顯微鏡（AFM)圖； 圖3為本發(fā)明制備的Pd/BNNS的透射電子顯微鏡（TEM)圖。
【具體實(shí)