软模板辅助合成氮化硼及其机理与吸附性能研究

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1、分类号：TB321密级：公开UDC：620编号：201421801013河北工业大学硕士学位论文软模板辅助合成氮化硼及其机理与吸附性能研究论文作者：谭宏亮学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：材料物理与化学指导教师：刘超职称：教授资助基金项目：河北省自然科学基金（基金号：E2015202069）DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforMasterDegreeofMaterialsPhysicsandChemistrySTUDYONSOFT-TEMPLATEASSISTEDSYNTHESISOFBO

2、RONNITRIDE,MECHANISMANDADSORPTIONPROPERTIESbyTanHongliangSupervisor:Prof.LiuChaoMarch2017ThisworkwassupportedbytheNaturalScienceFoundationofHebeiProvince(No.E2015202069).摘要氮化硼性能优异，具有高导热、抗氧化、抗酸碱腐蚀、化学性质稳定、绝缘性良好等诸多优点，是一种具有重要研究意义与广泛应用前景的新型功能材料。本文对其制备方法和吸附性能进行了研究，并结合密度泛函理论对其制备机理进行了研究。首先，我们

3、以NH4BF4为氮源，NaBH4作为硼源，1,4-二氧六环为溶剂，制备前驱体氨硼烷。然后，将氨硼烷与不同质量的十八胺(0.1g、0.2g、0.5g)分别溶解于1,4-二氧六环中，再将混合溶液转移至高压釜中封装，在160℃下溶剂热反应12h，经离心烘干处理后得到杂化体。将干燥后的杂化体置于高温管式炉中，在氨气保护下进行不同温度的煅烧处理(400℃、550℃、700℃、850℃)，最终制得氮化硼样品。采用XRD、SEM、TEM表征样品。随后，以亚甲基蓝为吸附质，对所制得的样品进行了吸附性研究。对亚甲基蓝的吸附结果进行了拟合，符合Frendlich等温方程和准二级吸附动

4、力方程；进行热力学研究并计算ΔGθ、ΔSθ和ΔHθ参数，结果表明其吸附反应是自发的吸热反应，在60℃吸附效果最佳，同时存在着物理吸附与化学吸附。对铜离子的吸附结果也符合准二级吸附动力方程。其次，我们通过MaterialsStudio软件中的基于密度泛函理论的DMol3软件包进行模型创建，对软模板辅助合成氮化硼的过程进行优化。结果表明，十八胺中氨基上的N原子和氨硼烷、聚氨硼烷(PAB)中的N-H中的H原子相互作用，使被作用H原子的N-H键变长；和聚亚氨基硼烷(PIB)中的B原子相互作用，使被作用B原子的B-H键变长；N-H键和B-H键变长后键能降低，利于脱氢反应的发

5、生，从而实现降低合成温度的目的，在相对较低的700℃下合成吸附性较好的氮化硼，低于其他采用氨硼烷制备氮化硼的试验方法。通过对十八胺分子与氮化硼(002)面形成的片晶结构进行优化，求得十八胺与(002)晶面作用的吸附能Eads且吸附能为负值。Eads<0证明十八胺与氮化硼(002)晶面可以形成稳定结构。最后，从热力学角度，结合吉布斯成核自由能理论成功的解释了十八胺在辅助合成氮化硼过程中的作用机理。关键词：氮化硼十八胺模板法吸附性密度泛函理论IABSTRACTBoronnitrideisanewfunctionalmaterialwhichhasanexcellent

6、performance,importantresearchsignificanceandbroadapplicationprospectswithhighthermalconductively,oxidationresistance,acidandalkalicorrosionresistance,chemicalstability,goodinsulation,andmanyotheradvantages.Hereon,thepreparationmethodsandadsorptionpropertieswerestudied,andthemechanismo

7、fsynthesiswasstudiedwithdensityfunctionaltheory.Firstatall,theprecursorammoniaborane(AB)wassynthesizedwithammoniumfluoroborate(NH4BF4)asnitrogensource,sodiumborohydride(NaBH4)asboronsourceand1,4-dioxaneassolvent.Then,theammoniaboranewithdifferentamountofoctadecylamine(0.1g,0.2g,0.5g)w

8、eredi