氮化硼纳米管-纳米片分级结构的制备及光学和吸附特性

将五硼酸铵、 氨硼烷络合物和氧化镁混合, 球磨均匀后, 在1200 ℃及0.6 L/min流动氨气保护条件下退火6 h, 即可在氧化铝基片上收集到白色毛状产物. 采用X射线衍射(XRD), 红外光谱(FTIR)、 扫描电子显微镜(SEM)、 透射电子显微镜(TEM)、 拉曼光谱(Raman)、 紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)和荧光光谱(PL)对产物进行了表征. 结果表明, 样品呈一维线状分级结构, 长度大于5 mm, 中间为竹节状空心结构, 内部管径为50~350 nm, 外径范围为200~800 nm. 分级结构表面负载了大量氮化硼(BN)纳米薄片, 单个薄片厚度约为13 nm. 薄片弯曲褶皱, 相互交织, 构成1个氮化硼片层, 其厚度约为50~200 nm. UV-Vis和PL光谱测试结果表明, 氮化硼纳米管(BNNT)分级结构在紫外光材料领域具有一定的应用潜力, 且对亚甲基蓝具有良好的吸附能力(7 min即可吸附71%, 107 min时可吸附96%). 对比实验结果表明, BNNT的生长机理遵循气-液-固相(VLS)模型, 而表面负载的超薄BN片的生长机理遵循气-固相(VS)模型.     

导热增强聚乙二醇相变复合材料的制备及其性能

本文以聚乙二醇(PEG)为相变材料,通过添加不同的无机填料,采用熔融共混浇筑方式制备了导热增强型相变复合材料。 通过扫描电子显微镜(SEM)、热常数分析仪、差示扫描量热仪(DSC)、红外热成像和热重分析仪研究了所制备复合材料的微观结构、导热性能与相变过程。 研究结果表明,相比于碳酸钙和氧化铝,在相同添加含量下,氮化硼(BN)可有效提高PEG的导热系数,当BN质量分数为40%时,导热系数可达到3.40 W/(m·K);当填料添加量相同时,片状BN和不规则纳米碳酸钙(CaCO₃)比球形氧化铝(Al₂O₃)对PEG具有更加优良的定型效果,在相变过程中,能够更加有效阻隔PEG的流动,保持复合材料的形状稳定性。     

钴掺杂氮化硼纳米管吸附氯酚类污染物的理论研究

Chlorinated phenols (CPs) are the main precursors for forming the persistent organic pollutants dioxins and have strong teratogenicity, carcinogenicity, and mutagenicity. To explore the novel material for the removal or detection of these pollutants, we used density functional theory calculations to investigate the adsorption behaviors and interaction mechanisms of 2-chlorophenol (2-CP), 2,4,6-trichlorophenol (TCP), and pentachlorophenol (PCP) on pristine and Co-doped (8,0) single-walled boron nitride nanotubes (denoted by BNNT and Co-BNNT, respectively). The results show that compared with BNNT, Co-BNNT introduces local states near the Fermi levels, and has a smaller band gap. BNNT physisorbs 2-CP, TCP, and PCP molecules, whereas Co-BNNT presents chemisorption towards them. Charge-transfer between Co-BNNT and molecules can be clearly observed and the electronic densities of states of the doped systems change significantly near the Fermi levels after adsorption of molecules. Doping with Co atom significantly increases the electronic transport capability of BNNT and enhances the adsorption reactivity of the tube to CPs. Co-BNNT is expected to be a potential material for removing or detecting CPs pollutants.     

碳掺杂六方氮化硼/二硫化钼吸附还原六价铬和助催化降解有机污染物

针对二硫化钼(MoS₂)因易团聚导致去除六价铬[Cr(Ⅵ)]容量低的问题, 利用六方氮化硼(BN)良好的吸附性和化学稳定性, 以多巴胺作为BN改性剂, 通过煅烧法和水热法制得碳掺杂六方氮化硼(c-BN)负载MoS₂纳米复合材料(c-BN@MoS₂). 研究了室温条件下c-BN@MoS₂对Cr(Ⅵ)的吸附还原和助催化降解有机污染物的性能. 实验结果表明, c-BN@MoS₂在40 min内对50 mg/L的Cr(Ⅵ)吸附还原去除率高达95%以上, 且以将 Cr(Ⅵ)还原至Cr(Ⅲ)为主, 在pH值为2、 温度为25 ℃条件下去除Cr(Ⅵ)最大容量可达401 mg/g, 显著高于 MoS₂(98 mg/g). 分析显示, c-BN不仅提高了MoS₂的平均孔径, 还可促进MoS₂生成金属特性的1T相, 有利于吸附Cr(Ⅵ)和加快氧化还原过程中的电子转移. 在Fe²⁺/PMS(过一硫酸氢盐)催化体系加入c-BN@MoS₂, 该体系对磺胺甲恶唑的降解性能明显增强, 其反应速率常数提高3倍, 这主要归因于c-BN@MoS₂明显加快了Fe³⁺到Fe²⁺的转变, 导致更多?OH产生, 达到增强降解污染物的目标.     

载体对Au/BN催化剂苯甲醇选择性氧化性能的影响

本研究以三种不同结构特点的氮化硼（BN）充当载体,负载Au纳米颗粒进行苯甲醇选择性氧化反应,发现载体的结晶性、比表面积对活性相Au的尺寸具有显著影响。Au/BN₅₀₀的比表面积是晶化程度高的Au/BN₆₀₀、Au/BN₇₀₀催化剂的四倍以上。相较于Au/BN₇₀₀而言,Au/BN₅₀₀催化剂Au纳米颗粒具有更好的分散性以及更小的粒径（13 vs. 3.2 nm）,且Au/BN₅₀₀的活性是其他催化剂的两倍,但其催化活性在5 h以内有30%左右的流失。     

富缺陷BN负载的高分散Cu催化乙醇脱氢制乙醛

生物乙醇作为平台分子通过催化转化的方法可以制备烯烃、乙醛、丁醇和芳香化学品等,其中乙醛是生产乙酸、季戊四醇、三氯乙醛、山梨酸等重要化学品的原料.随着乙醛的需求量逐年增加,发展以乙醇直接脱氢生成乙醛的工艺,具有联产氢气、原子经济性高、产物易分离的优点,符合国际绿色低碳发展战略要求,有望替代当前乙烯氧化法生产工艺.乙醇分子比较活泼,催化过程中通常伴随着脱水、羟醛缩合等副反应,导致乙醛的选择性降低.根据文献报道,Cu基催化剂可解离吸附乙醇,选择性断裂C-H键,是有效的乙醇直接脱氢催化剂.常规氧化物负载的铜基催化剂往往存在乙醛选择性低、Cu物种易团聚失活等问题.本文通过球磨方法处理商业六方氮化硼(h-BN),从而得到表面缺陷,使其边缘暴露一定的-OH和-NH₂等极性官能团,进而增强金属与载体的相互作用,抑制Cu物种的团聚,提高Cu基催化剂在乙醇脱氢反应中的稳定性.考察了不同负载量下Cu物种的分散情况,发现当负载量高达5%(5Cu/BNS)时,Cu物种仍然能够保持高分散.5Cu/BNS催化剂在280°C,WHSV=9.6 h^-1反应条件下,催化生成乙醛选择性达到98%,乙醇转化率为82%,且反应50 h后活性保持不变,Cu物种在BNS载体上仍保持高度分散.结合红外光谱和X射线光电子能谱(XPS)表征,证实BNS表面存在B-OH官能团,增强了Cu物种与载体的相互作用,提高了Cu催化剂在乙醇脱氢反应中的稳定性.通过原位红外实验对反应物在载体上的吸附行为研究,进一步理解5Cu/BNS表现出优异的乙醛选择性的原因.结果表明,乙醛在BNS载体上不发生吸附.从结构化学的角度来说,BNS富π电子,与乙醇的羟基相互作用但是与乙醛的富电子的C=O官能团相互排斥,促进产物乙醛脱附,因此表现出优异的选择性.该方法为设计一种高分散Cu基催化剂提供了新策略,相比于文献报道的催化体系,该催化剂在乙醇脱氢方面表现出更好的催化性能.     

聚晶立方氮化硼刀具切削高锰钢的磨损机制

在半精加工试验条件(切削深度ap=0．5mm，进给量f=0．3mm／r，干切)下研究了聚晶立方氮化硼刀具切削奥氏体高锰钢时的磨损机制，用WDH-Ⅱ型光电温度计测量了切削温度，用工具显微镜测量后刀面磨损量，进而考察了切削时间和切削速度对后刀面磨损量的影响，采用S-250MK型扫描电子显微镜观察刀具前、后刀面的磨损形貌和组成变化．结果表明：当切削温度为400～750℃时，聚晶立方氮化硼刀具同高锰钢中的γ相及其析出相(Fe，Mn)3C之间产生严重的机械磨损；当切削温度超过800℃时，聚晶立方氮化硼刀具同高锰钢单一γ相之间产生扩散磨损；聚晶立方氮化硼刀具适合于高速切削.     

Al_2O_3 基陶瓷摩阻材料的摩擦磨损特性

在ＭＧ－２００磨损试验机上，对以Ａｌ２Ｏ３为基体，分别添加固体润滑剂组元石墨和氮化硼制备的２种陶瓷摩阻材料的摩擦磨损特性进行了试验研究．结果表明：在给定的试验条件下，添加石墨或氮化硼都可以改善材料摩擦性能的稳定性；分别在１００℃，２００℃，３００℃和４００℃下定温试验时，这２种摩阻材料都具有较高的摩擦因数和良好的耐磨性，其中含氮化硼之摩阻材料的耐磨性比含石墨之摩阻材料的更好，前者在４００℃时的磨损率仅为后者在同温时的１／２．     

新型多孔氮化硼材料

多孔氮化硼材料是一种新型多孔非氧化物材料,具有高比表面积、可调孔径、良好的化学惰性和热稳定性等特点,在催化、储氢、气体吸附和分离等领域具有巨大的应用潜力,是材料领域研究热点之一。依孔径的不同,多孔氮化硼材料被分为微孔氮化硼、介孔氮化硼、大孔氮化硼和多级孔氮化硼。本文综述了微孔、介孔、大孔及多级孔等类型氮化硼材料的研究进展。重点介绍了不同类型氮化硼材料的制备和性能,并分析了各种制备方法的优缺点,最后探讨了多孔氮化硼材料的发展前景。     

六方氮化硼薄膜对石墨烯-碳化硅结构近场热辐射的增强

六方氮化硼(hBN)具有跟石墨烯类似的层状结构和晶格参数,研究发现hBN薄膜具有良好的热传导、电绝缘、光学和力学等性能。本文从理论上研究了hBN薄膜对石墨烯-碳化硅(G/S)结构的近场热辐射的影响。研究发现在红外频段.hBN薄膜在低频率区和高频率区会增强G/S结构的近场热辐射,经计算在G/S结构中加入厚度为10 nm的hBN薄膜时获得的辐射热流是同物理条件下G/S结构的1.5倍;而在中频率区hBN薄膜的厚度阻碍了石墨烯表面等离激元和碳化硅表面声子极化激元的耦合,使得近场热辐射热流随hBN薄膜厚度增加而逐渐减弱。本研究的结果可为下一步实验与应用中对hBN薄膜厚度的选择提供理论基础。