本發明涉及一種利用石墨烯和氮化硼納米片作為原料制備硼碳氮(bcn)納米片的方法，屬于bcn納米材料制備技術領域。

背景技術：

近年來，各種各樣的碳(c)材料受到人們的廣泛關注。除了零維的富勒烯和一維的碳納米管以外，二維結構的石墨烯也是人們的研究重點。石墨烯不僅因其自身結構和性能的優點實現了在很多領域的應用，而且引發了研究其它二維材料的熱潮。六方氮化硼(小時～bn)同樣作為一種二維層狀材料，也越來越受到人們的關注。雖然小時～bn和石墨具有類似的結構，并有“白石墨”的稱號，但是小時～bn和石墨的物理化學性能差異很大。例如，石墨烯通常被認為是一種零帶隙半導體，而小時～bn則是一種絕緣體。正因為擁有相似的結構，可以通過向石墨烯中摻雜b、n原子，或者向bn納米片中摻雜c原子來實現材料的改性，得到性能優異的bcn材料。bcn納米片的性質可以通過調節納米片中b、c和n元素的比例進行調控。因此，bcn納米結構具有非常廣闊的應用前景。

從目前的研究成果可以看出，bcn納米片的制備方法主要有兩種：一種是采用化學氣相沉積的方法(l.ci,l.song,c.jin,d.jariwala,d.wu,y.li,a.srivastava,z.f.wang,k.storr,l.balicas,f.liuandp.m.ajayan,nat.mater.,2010,9,430.)，另一種是采用硼源、碳源和氮源等進行固相合成(小時uangc,c小時enc,z小時angm,etal.carbon～dopedbnnanos小時eetsformetal～freep小時otoredoxcatalysis[j].naturecommunications,2015,6:7698)。

到目前為止，所有制備方法均無法實現bcn納米片的大量制備，并且無論是化學氣相沉積還是固相合成均需要非常高的實驗溫度(＞1000℃)，實驗過程難以控制。

技術實現要素：

針對現有硼碳氮納米片制備技術存在的上述問題，本發明提出一種對環境無毒，反應條件溫和，制備產率高的利用石墨烯和氮化硼納米片制備硼碳氮納米片的方法。

本發明的利用石墨烯和氮化硼納米片制備硼碳氮納米片的方法，包括以下步驟：

(1)將石墨烯和bnnss按摩爾百分比為1～99％：99～1％的比例混合均勻，形成混合物；

(2)將混合物在氣氛保護或者真空環境下，800℃～1200℃反應0.5～12小時。

(3)待反應產物冷卻至室溫，在空氣中400℃～600℃煅燒4～8小時，待煅燒產物冷卻至室溫后，清洗干燥處理，即得到硼碳氮納米片。

步驟(1)中的石墨烯和bnnss來源不限于商業生產的二維片層，還包含采用球磨、超聲剝離和化學處理等方法剝離的鱗片石墨、膨脹石墨和h-bn粉末等。

步驟(2)中的氣氛保護環境是在氮氣或氬氣等保護環境。

步驟(2)中的真空環境是相對壓力-0.1mpa至-0.001mpa的真空環境。

步驟(2)中的升溫速度為5℃/分鐘～10℃/分鐘。

步驟(3)中的升溫速度為5℃/分鐘～10℃/分鐘。

本發明的方法以石墨烯和bnnss作為原料經煅燒制備bcn納米片，原料廉價易得，反應條件方便可控，需要的設備比較簡單，產物中碳元素含量可控，易于實現低成本大批量生產。具有如下優點：

1.成本低。所用原料為石墨烯和bnnss或者上塊體石墨和氮化硼，制備程序簡單，有利于提高產率，降低成本。

2、反應條件溫和。反應過程中的各種參數(溫度、壓力、比例等)易于控制，能夠更容易研究反應機理，找出最關鍵的影響因素，盡快穩定工藝條件。

3、對環境友好，可以從根本上消除對環境的污染和毒害，有利于環境保護。

附圖說明

圖1是本發明制備的bcn納米片的掃描電鏡圖片。

圖2是本發明制備的bcn納米片的透射電鏡圖片。

圖3是本發明制備的bcn納米片的原子力顯微鏡照片。

圖4是本發明制備的bcn納米片的紅外光譜。

具體實施方式

實施例1

(1)稱量石墨烯0.1g，bnnss0.1g，兩者摩爾百分比為50％:50％。共同放入研缽中，研磨均勻。

(2)將混合均勻的混合物轉移至陶瓷舟中，并放入管式爐內。在氮氣氣氛保護下，以5℃/min的升溫速度升至800℃，并保溫2小時。

(3)待溫度降至室溫后，將產物取出并放入馬弗爐中，設置500℃，升溫速率為5℃/min并保溫6小時。

(4)待產物冷卻至室溫后，將產物用乙醇清洗干凈并干燥處理，即可得到bcn納米片。

本實施例制備的bcn納米片的掃描電鏡圖片如圖1所示，透射電鏡圖片如圖2所示，原子力顯微鏡如圖3所示，bcn納米片與bn納米片的紅外光譜對比如圖4所示。

實施例2

如實施例1所述，不同之處在于：步驟(1)中石墨烯0.01g，bnnss0.99g。兩者摩爾百分比為1％：99％。

實施例3

如實施例1所述，不同之處在于：步驟(1)中石墨烯0.99g，bnnss0.01g。兩者摩爾百分比為99％：1％。

實施例4

如實施例1所述，不同之處在于：步驟(2)中升溫速率設置為10℃/min。

實施例5

如實施例1所述，不同之處在于：步驟(2)中溫度設置為1000℃。

800℃～1200℃反應0.5～12小時。

實施例6

如實施例1所述，不同之處在于：步驟(2)中溫度設置為1200℃。

實施例7

如實施例1所述，不同之處在于：步驟(2)中氮氣氣氛保護換為氬氣氣氛保護。

實施例8

如實施例1所述，不同之處在于：步驟(2)中氮氣氣氛保護換為相對壓力-0.01mpa的真空條件。

實施例9

如實施例1所述，不同之處在于：步驟(2)中氮氣氣氛保護換為相對壓力-0.1mpa的真空條件。

實施例10

如實施例1所述，不同之處在于：步驟(2)中氮氣氣氛保護換為相對壓力-0.001mpa的真空條件。

實施例11

如實施例1所述，不同之處在于：步驟(2)中保溫時間設為0.5小時。

實施例12

如實施例1所述，不同之處在于：步驟(2)中保溫時間設為12小時。

實施例13

如實施例1所述，不同之處在于：步驟(3)中溫度設為400℃。

實施例14

如實施例1所述，不同之處在于：步驟(3)中溫度設為600℃。

實施例15

如實施例1所述，不同之處在于：步驟(3)中保溫時間設為4小時。

實施例16

如實施例1所述，不同之處在于：步驟(3)中保溫時間設為6小時。

實施例17

(1)稱量鱗片石墨0.5g，h-bn粉末0.5g，兩者摩爾百分比為50％：50％。然后共同加入球磨罐中，球磨處理得到混合均勻的石墨烯和bn納米片混合物。

(2)將石墨烯和bn納米片混合物轉移至陶瓷舟中，并放入管式爐內。在氬氣氣氛保護下，以8℃/min的升溫速度升至1000℃，并保溫6小時。

(3)待溫度降至室溫后，將產物去除氣氛保護，并繼續在管式爐中高溫煅燒，設置升溫速率為7℃/min，并在500℃保溫6小時。

(4)待產物冷卻至室溫后，將產物用去離子水清洗干凈并干燥處理，即可得到bcn納米片。

實施例18

如實施例17所述，不同之處在于：步驟(1)中的鱗片石墨換為膨脹石墨。

實施例19

(1)稱量鱗片石墨0.1g，h-bn粉末0.1g，兩者摩爾百分比為50％：50％。然后共同加入去離子水中，超聲處理得到混合均勻的石墨烯和bn納米片混合物。

(2)將石墨烯和bn納米片混合物轉移至陶瓷舟中，并放入管式爐內。在真空環境下，以10℃/min的升溫速度升至1200℃，并保溫12小時。

(3)待溫度降至室溫后，將產物暴露在空氣中，并繼續在管式爐中高溫煅燒，設置升溫速率為10℃/min，并在600℃保溫8小時。

(4)待產物冷卻至室溫后，將產物用去離子水清洗干凈并干燥處理，即可得到bcn納米片。

實施例20

如實施例19所述，不同之處在于：步驟(1)中的鱗片石墨換為膨脹石墨。