多孔氮化硼纳米片的制备及其在气体吸附领域的应用.pdf

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1、多孔氮化硼纳米片的制备及其在气体吸附领域的应用谢飞2015年6月中图分类号：O521+.23UDC分类号：540多孔氮化硼纳米片的制备及其在气体吸附领域的应用作者姓名谢飞学院名称材料学院指导教师翟华嶂副教授答辩委员会主席邢长民高级工程师申请学位工学硕士学科专业材料工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年6月SynthesisofPorousBoronNitrideNanosheetsandtheirApplicationofGasAdsorptionCandidateName:FeiXieSchoolorDepartment:Mat

2、erialsScienceandEngineeringFacultyMentor:AssociatePro.HuazhangZhaiChair,ThesisCommittee:SeniorEngineerChangminXingDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor:MaterialEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence:June，2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究

3、工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要氮化硼因其出众的物理和化学性能而受到人们的广泛关注，多孔氮化硼材料在解决能源问题和环境污染方面展示出广阔的前景，可以普遍应用于储氢，污水处理，染料吸附等领域。本文采用硼酸和尿素通过简单、无模板的一步法制备出多孔的氮化硼纳米片。通过

4、改变反应物比例，反应时间，反应温度，载气比例等工艺条件不断优化氮化硼纳米片的形貌，确定合成多孔氮化硼纳米片的最优工艺条件。使用扫描电子显微镜，透射电子显微镜，X射线衍射，X射线光电子能谱，原子力显微镜和拉曼光谱表征氮化硼纳米片的形貌，成分和物相。发现制备的氮化硼是多孔纳米片形貌且晶格畸变明显，其(0002)晶面间距0.365nm比标准值偏大。XPS结果表明产物中B元素和N元素含量比B:N=0.97：1。拉曼光谱E2g振动峰与标准图谱匹-1-1对良好，峰位稍向高频移动至1474cm且半峰宽拓宽达40cm，说明样品中存在弱的层间相互作用且晶粒尺寸

5、较小。23BET分析表明氮化硼纳米片的比表面积735m/g，总孔容量1.24cm/g，是多孔氮化硼结构中孔容量最大的。较大的比表面积和孔容量使得氮化硼纳米片表现出优异的气体吸附性能，在77K常压条件下可逆储存氢气质量分数1.50%，孔径0.93nm的微孔对物理吸附性能起决定性作用，极性的B-N键使氢气与氮化硼表面有相互作用，一定量的O元素掺杂会降低氢气分子在氮化硼表面吸附所消耗的能量，对提高储氢性能有贡献作用。在273K常压下可逆吸附二氧化碳质量分数11.92%，介孔的存在可以给二氧化碳在氮化硼纳米片内迁移提供通道，降低二氧化碳的扩散阻力，使

6、微孔有效的吸附面积大大增加。关键词：氮化硼纳米片；多孔材料；储氢；二氧化碳吸附；I北京理工大学硕士学位论文AbstractBoronnitride(BN)hasattractedenormousattentionduetoitsoutstandingphysicalandchemicalproperties.PorousBNmaterialsshowimportantpotentialapplicationsinaddressingglobalenergyandenvironmentalproblems,especiallyinthearea

7、sofenergystorage,watercleaninganddyeadsorption.Inthisthesis,porousBNnanosheetshavebeenpreparedbyafacile,one-step,template-freereactionusingboricacidandureaasprecursors.InordertocontrolthemorphologyofBNnanosheets,weconductedaseriesofexperimentsbyvaryingdifferentparameterssuc

8、hasreactantratio,temperaturetime,andgasflowrates.Asaresult,thebestsyntheticconditi