六方氮化硼納米材料的功能化及其應(yīng)用.pdf

1、具有寬禁帶的六方BN具有很多吸引人的潛在價值，其具有高的熱穩(wěn)定性、高的機械強度、高導(dǎo)熱性和低的介電常數(shù)等性能，因而在復(fù)合材料、發(fā)光材料、電子材料等方面都具有廣泛的應(yīng)用前景。但是如何拓展BN的應(yīng)用范圍，從而進一步用修飾、摻雜或復(fù)合的方法來提高BN的性能仍然是亟待解決的最重要問題。本文中，我們通過對管狀及片層狀六方BN材料進行修飾、摻雜和復(fù)合，研究了功能化之后的BN基材料在電化學及發(fā)光材料方面的應(yīng)用。主要研究內(nèi)容如下:
　　 1.以

2、化學的方法采用Pani對氮化硼納米管(BNNTs)進行功能修飾，Pani的修飾改變了BNNTs的水溶性及在水溶液中的分散性能，這為Pt納米粒子在BNNTs-Pani表面的均勻修飾奠定了基礎(chǔ)。UV、FT-IR與Raman表征顯示，BNNTs與Pani之間以π鍵的形式連接。以NaBH4還原氯鉑酸，得到了Pt納米粒子均勻修飾的BNNTs-Pani-Pt復(fù)合材料，Pt納米粒子的平均粒徑在5nm左右。將BNNTs-Pani-Pt復(fù)合物與葡萄糖氧化

3、酶(GOD)在水溶液中混合，制備了BNNTs-Pani-Pt-GOD生物復(fù)合材料。紫外可見光吸收光譜(UV-Vis)與SEM顯示，GOD被吸附在BNNTs-Pani-Pt復(fù)合物的表面，這種吸附被認為是由于BNNTs表面對GOD表面帶電基團的靜電吸附作用引起的。將BNNTs-Pani-Pt-GOD生物復(fù)合物修飾在玻碳電極的表面，并以戊二醛交聯(lián)，用Nafion去除其他電化學活性物質(zhì)的影響，制備了GC/BNNTs-Pani-Pt-GOD生物傳

4、感器。循環(huán)伏安曲線(CV)證明復(fù)合物電極可顯著催化氧化雙氧水，具有較好的電化學活性。GC/BNNTs-Pani-Pt-GOD生物傳感器能夠作為一種性能良好的葡萄糖生物傳感器，響應(yīng)電流在0.01到5.5mM的葡萄糖濃度范圍保持線性增長，響應(yīng)靈敏度為19.02mAM-1cm-2，在信噪比為3時，檢測限大約是6μM。且傳感器還具有優(yōu)異的抗酸和高溫性能，在較低的pH(pH=3)和較高的溫度(60℃)下，仍能保持較高的原有活性。這種GC/BNNT

5、s-Pani-Pt傳感器及相關(guān)制備方法對相關(guān)電化學傳感器和催化劑的研究也是有意義的。
　　 2.成功實現(xiàn)了稀土Ce3+對BN納米片結(jié)構(gòu)的摻雜，研究表明這種Ce摻雜的BN材料發(fā)出強烈的藍光。對Ce摻雜BN的結(jié)構(gòu)、化學組分與價態(tài)、光學性能及結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系進行了系統(tǒng)的研究。SEM和TEM結(jié)果表明制備的Ce摻雜BN產(chǎn)物為厚度為30-50nm、直徑為200-300nm的片層結(jié)構(gòu)。當Ce的摻雜量不同時，Ce摻雜BN樣品的禁帶寬度從純BN的

6、4.37eV降低到摻雜Ce為1.5％時的3.31eV，說明Ce的摻入改變了BN材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)。以電子順磁共振(EPR)研究了純BN和摻雜BN樣品的內(nèi)部電子結(jié)構(gòu)特性，發(fā)現(xiàn)Ce的摻入改變了BN的原有N缺陷。以UV和熒光分光光度計(PL)研究了不同Ce摻雜含量對BN光學性能的影響，摻雜Ce為1％的BN材料發(fā)光強度最高，在308nm光激發(fā)下可以發(fā)出波長為410nm的藍光，該藍光被認為是由于Ce3+的5d-4f躍遷引起的。
　　

7、 3.分別制備了以BN、BN/TiO2及Ni-BN/TiO2的鋰離子電池負極材料。以Li片為對電極，研究了復(fù)合材料電極的電化學性能，測試了其鋰電性能。研究結(jié)果表明，BN加入之后的電池性能較P25和TiO2都有相當大的提高。以循環(huán)伏安法和交流阻抗技術(shù)分析了鋰離子電池的容量衰減機制和在電極/電解液界面上的傳輸動力學機制。復(fù)合材料鋰離子電池性能的改善歸因于BN與TiO2協(xié)同作用的結(jié)果。Ni修飾BN制備的Ni-BN/TiO2復(fù)合負極材料不但提高