一种绿色剥离六方氮化硼纳米片的方法
技术领域
本发明涉及二维纳米材料领域，尤其涉及一种绿色剥离六方氮化硼纳米片的方法。
技术背景
自2004年成功制备石墨烯以来，层状二维材料因其独特的理化特性而备受关注，六方氮化硼纳米片作为一种新的纳米材料，外观上白色松散、质地柔软且有光滑感的粉末，它的许多性质与石墨相类似，故有“白色石墨”之称。虽然六方氮化硼与石墨烯具有相似的晶体结构，但是，它却具有许多石墨烯所不具备的优异物理和化学特性，如：高电绝缘性能、高导热性能、耐化学腐蚀性、优异的介电性能等。这些优异的性能也赋予了六方氮化硼纳米片在吸附、储氢、材料等多个领域广阔的应用前景。
目前制备六方氮化硼纳米片的方法包括化学气相沉积法、微机械剥离法、液相剥离法等。机械剥离法制备方法较为简单，但是普遍产量较低，且所得六方氮化硼纳米片的尺寸和形貌不可控，具有一定的偶然性和局限性。化学气相沉淀法的操作条件苛刻、能耗高、过程复杂，因此液相剥离法被认为是最具有前景的制备方法。该方法利用溶剂分子与氮化硼表面之间的相互作用，并辅助长时间的超声剥离获得六方氮化硼纳米片。然而使用的溶剂大多具有毒性，易对环境造成破坏，因此寻找一种绿色、环保的溶剂制备六方氮化硼纳米片，该领域亟待解决的瓶颈问题。
低共熔溶剂(DES)是另一种新型绿色溶剂，具有与离子液体相似的特点，又被称为离子液体类似物。但是低共熔溶剂又不同于传统的离子液体，低共熔溶剂还有离子液体所不具有的优良特性，比如低毒甚至无毒，绿色环保性和可生物降解性等。低共熔溶剂往往是由氢键受体(HBA)和氢键供体(HBD)在一定的环境下形成的，而以低共熔溶剂为溶剂超声剥离氮化硼未有报道。因此寻找到一种绿色溶剂能高效生产质量达标的六方氮化硼纳米片，是技术人员探索、研究的方向。
发明内容
本发明的目的在于提供一种绿色剥离六方氮化硼纳米片的方法。本发明制备方法具有绿色、环保、低价等特点；所得六方氮化硼纳米片具有片层结构、完整的结晶结构、较高的热稳定性、良好的水分散性。
本发明通过下述技术方案实现：
一种绿色剥离六方氮化硼纳米片的方法，包括以下步骤：
(1)制备低共熔溶剂：所述低共熔溶剂由氢键供体和氢键受体经加热熔融，得到以氢键形式结合的低共熔混合物。
(2)制备第一分散液：将氮化硼粉末加入到低共熔溶剂中搅拌均匀得到第一分散液；
(3)将第一分散液进行超声处理，得到第二分散液；
(4)将第二分散液进行离心处理，得到上清液；
(5)将第二溶剂加入步骤(4)中的上清液，搅拌均匀后进行超声处理，得到第三分散液。
(6)将第三分散液进行抽滤，干燥既得到六方氮化硼纳米片。
上述步骤(1)中所述低共熔溶剂所述氢键受体为氯化胆碱，所述氢键供体为三乙醇胺、丙三醇、乙二醇、尿素的一种。
上述步骤(1)中所述低共熔溶剂氢键供体和氢键受体的摩尔比为1：1～7，优选为1：2。
上述步骤(2)中所述氮化硼与低共熔溶剂的质量与体积比为1g：100ml
上述步骤(2)中所述将氮化硼粉末加入到低共熔溶剂中搅拌，搅拌转速为800～1000r/min,搅拌时间为30～60min。
上述步骤(3)中所述超声处理在超声清洗机中进行，超声的功率为150W±2W；超声频率为40±2kHz；超声处理时间为2～10h。
上述步骤(4)中所述离心采用的离心机的转速为4000±100rpm；离心时间为10～30min。
上述步骤(5)中所述搅拌转速为800～1000r/min,搅拌时间为10～20min。超声处理在超声清洗机中进行，超声的功率为150W±2W；超声频率为40±2kHz；超声处理时间为30～60min,所诉第二溶剂为无水乙醇。
上述步骤(6)中所述用去离子水真空抽滤洗去杂质，所得产物在70℃下真空干燥12h。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明以低共熔溶剂为溶剂，通过超声分散，使低共熔溶剂吸附与氮化硼表面，在外界剪切力的作用下，剪切力带动低共熔溶剂移动，从而导致纳米片层之间发生滑移而使片层脱落。
本发明采用的低共熔溶剂廉价易得、无毒、可生物降解，降低了对环境的污染。
本发明采用绿色剥离六方氮化硼纳米片的方法，该方法所需成本低，操作简单易控，得到的六方纳米氮化硼缺陷少、结构完整。
附图说明
图1为实施例1所制备的六方氮化硼纳米片在低共熔溶剂中的分散溶液(静置一周后)。
图2为实施例1所制备的六方氮化硼纳米片的扫描电镜(SEM)照片。
图3为实施例1所制备的六方氮化硼纳米片的透射电镜(TEM)照片。
图4为实施例2所制备前后六方氮化硼纳米片透射电镜(TEM)照片。
具体实施方式
下面以具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1
将大约9克以氯化胆碱为氢键受体，三乙醇胺为氢键供体，以1：2摩尔比的配比，在80℃下不断搅拌，直到形成透明澄清的液体，此液体即为低共熔溶液，将0.1克六方氮化硼粉末分散与低共熔溶液中，在磁力搅拌器下以1000rpm/min，搅拌1h。搅拌均匀后得到白色分散液，将所得分散液进行超声处理，超声功率150W，超声时间10h，后静置过夜，取三分之二分散液进行离心处理，在4000转离心30min，离心完毕收集上清液，将50ml无水乙醇加入收集的上清液中，放入超声清洗机中超声10min，功率150W，将得到的溶液在进行搅拌，以1000rpm/min搅拌10min，将所得溶液进行真空抽滤，将抽滤后的沉淀物收集放入真空烘箱中与70℃干燥24h，得到六方氮化硼纳米片。为了分析样品，取1毫克六方氮化硼纳米片，通过10min超声分散处理分散在10ml无水乙醇中，在碳涂布的铜网上添加几滴分散液，并通过透射电子显微镜(TEM)观察。
实施例2
将大约10克以氯化胆碱为氢键受体，三乙醇胺为氢键供体，以1：1摩尔比的配比，在80℃下不断搅拌，直到形成透明澄清的液体，此液体即为低共熔溶液，将0.5克六方氮化硼粉末分散与低共熔溶液中，在磁力搅拌器下以1000rpm/min，搅拌1h。搅拌均匀后得到白色分散液，将所得分散液进行超声处理，超声功率300W，超声时间8h，后静置过夜，取三分之二分散液进行离心处理，在5000转离心20min，离心完毕收集上清液，将50ml无水乙醇加入收集的上清液中，放入超声清洗机中超声20min，功率300W，将得到的溶液在进行搅拌，以1000rpm/min搅拌10min，将所得溶液进行真空抽滤，将抽滤后的沉淀物收集放入真空烘箱中与70℃干燥24h，得到六方氮化硼纳米片。
实施例3
将大约10克以氯化胆碱为氢键受体，乙二醇为氢键供体，以1：2摩尔比的配比，在80℃下不断搅拌，直到形成透明澄清的液体，此液体即为低共熔溶液，将0.3克六方氮化硼粉末分散与低共熔溶液中，在磁力搅拌器下以1000rpm/min，搅拌0.5h。搅拌均匀后得到白色分散液，将所得分散液进行超声处理，超声功率400W，超声时间10h，后静置过夜，取三分之二分散液进行离心处理，在4000转离心30min，离心完毕收集上清液，将50ml无水乙醇加入收集的上清液中，放入超声清洗机中超声20min，功率400W，将得到的溶液在进行搅拌，以1000rpm/min搅拌10min，将所得溶液进行真空抽滤，将抽滤后的沉淀物收集放入真空烘箱中与70℃干燥24h，得到六方氮化硼纳米片。
实施例4
将大约9.9克以氯化胆碱为氢键受体，丙三醇为氢键供体，以1：2摩尔比的配比，在80℃下不断搅拌，直到形成透明澄清的液体，此液体即为低共熔溶液，将0.2克六方氮化硼粉末分散与低共熔溶液中，在磁力搅拌器下以1000rpm/min，搅拌2h。搅拌均匀后得到白色分散液，将所得分散液进行超声处理，超声功率300W，超声时间8h，后静置过夜，取三分之二分散液进行离心处理，在6000转离心10min，离心完毕收集上清液，将50ml无水乙醇加入收集的上清液中，放入超声清洗机中超声10min，功率300W，将得到的溶液在进行搅拌，以1000rpm/min搅拌20min，将所得溶液进行真空抽滤，将抽滤后的沉淀物收集放入真空烘箱中与70℃干燥24h，得到六方氮化硼纳米片。
实施例5
将大约9克以氯化胆碱为氢键受体，尿为氢键供体，以1：3摩尔比的配比，在80℃下不断搅拌，直到形成透明澄清的液体，此液体即为低共熔溶液，将0.4克六方氮化硼粉末分散与低共熔溶液中，在磁力搅拌器下以1000rpm/min，搅拌0.5h。搅拌均匀后得到白色分散液，将所得分散液进行超声处理，超声功率150W，超声时间6h，后静置过夜，取三分之二分散液进行离心处理，在5000转离心30min，离心完毕收集上清液，将50ml无水乙醇加入收集的上清液中，放入超声清洗机中超声10min，功率150W，将得到的溶液在进行搅拌，以1000rpm/min搅拌10min，将所得溶液进行真空抽滤，将抽滤后的沉淀物收集放入真空烘箱中与70℃干燥24h，得到六方氮化硼纳米片。
实施例6
将大约10克以氯化胆碱为氢键受体，尿素为氢键供体，以1：2摩尔比的配比，在80℃下不断搅拌，直到形成透明澄清的液体，此液体即为低共熔溶液，将0.3克六方氮化硼粉末分散与低共熔溶液中，在磁力搅拌器下以1000rpm/min，搅拌2h。搅拌均匀后得到白色分散液，将所得分散液进行超声处理，超声功率300W，超声时间12h，后静置过夜，取三分之二分散液进行离心处理，在6000转离心30min，离心完毕收集上清液，将50ml无水乙醇加入收集的上清液中，放入超声清洗机中超声10min，功率300W，将得到的溶液在进行搅拌，以1000rpm/min搅拌10min，将所得溶液进行真空抽滤，将抽滤后的沉淀物收集放入真空烘箱中与60℃干燥48h，得到六方氮化硼纳米片。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。
