返回顶部
返回首页
返回首页
氮化硼气凝胶的机遇与挑战,中国化工网,okmart.com
home 您现在的位置: 首页 >石墨烯 > 详细信息
氮化硼气凝胶的机遇与挑战
2021年08月11日    阅读量:     新闻来源:中国化工网 okmart.com  |  投稿

气凝胶,作为世界上最轻的固体,已入选吉尼斯世界纪录。气凝胶材料经过80多年的发展,已经逐渐从实验室的研发阶段步入工业化应用阶段,以其自身优异的性能,在航空航天、隔热保温、催化等领域有着广泛的应用。随着气凝胶生产技术与制造设备的不断提高,生产成本逐渐降低,气凝胶将迎来更广阔的市场前景及应用于更多的领域中国化工网okmart.com。气凝胶材料成为了21世纪不可或缺的,最具有发展前景的材料之一。


氮化硼气凝胶的机遇与挑战 中国化工网,okmart.com

图1 数据来源:前瞻产业研究院


氮化硼气凝胶的机遇与挑战 中国化工网,okmart.com

图2气凝胶


表1 常见气凝胶的种类及特点


气凝胶的种类

特点

应用前景

纤维素气凝胶(细菌、纳米)

以纤维素作为原材料制备而成。原料来源广泛,可以回收重复利用。

生物降解

炭气凝胶复合材料

炭气凝胶是一种块体的纳米炭材料,与传统硅气凝胶相比,具有更好的导电性能、耐高温性能和抗腐蚀性能,以及比表面积高、孔隙率高等特点。

军事装备、低温燃料电池催化剂载体

二氧化硅气凝胶

具有高孔隙率、低导热性等性能的轻质固体材料,但这种气凝胶材料柔韧性差,具有易碎的缺陷。

建筑保温、吸附、催化

石墨烯气凝胶

石墨烯气凝胶兼具石墨烯的特性和气凝胶孔隙率高、比表面积大的优点,但在高温环境下和制备的过程中,气凝胶体积的收缩率和结构的碎裂是一个比较难解决的问题。

传感器、电磁屏蔽以及电极材料

氮化硼气凝胶

高比表面积、高孔隙率、低密度等优异的性能。相比于石墨烯气凝胶,氮化硼气凝胶拥有更好的绝缘性、抗氧化性、热稳定性和化学稳定性。

气体吸附、催化、污水净化、导热/隔热

其中,相比于石墨烯气凝胶,氮化硼气凝胶拥有更好的绝缘性、抗氧化性、热稳定性和化学稳定性;相较于二氧化硅气凝胶,氮化硼气凝胶具有更加牢固的性质。因此它在气体吸附、催化、污水净化、导热/隔热等领域极具应用前景。


一、氮化硼气凝胶

氮化硼气凝胶是一类以固体为骨架、气体为分散介质的,具有三维多孔网络结构的新型纳米材料,展现出高比表面积、高孔隙率、低密度等优异的性能。

氮化硼气凝胶的机遇与挑战 中国化工网,okmart.com

图3六方氮化硼分子结构示意图


二、氮化硼气凝胶的制备方法

氮化硼气凝胶制备方法的研究也方兴未艾,现主要发展成模板法、低维BN组装法及无模板法等合成策略。BN气凝胶的制备方法如下:

表2 BN气凝胶的制备方法

方法

制备原理

特点

硬膜板法

以多孔无机非金属或金属材料为模板,采用化学方法在其上生长BN,再采用化学刻蚀法去除模板后得到与模板具有相似微观形貌的BN气凝胶

具有较高的稳定性和良好的空间限域作用, 能严格地控制纳米材料的大小和形貌。但结构比较单一, 因此制备的纳米材料的形貌通常变化也较少。

软模板法

由表面活性剂分子聚集而成,主要包括两亲分子形成的各种有序聚合物,如囊泡、胶团、微乳液、自组装膜、生物分子和高分子的自组织结构等。

难以控制产物的尺寸和形貌, 效率较低, 但软模板法具有形态多样、模板易去除、成本低廉等优势。

低维BN组装法

利用纳米管、纳米带、纳米片等低维BN纳米材料通过分子桥接、静电相互作用、范德华力等共价键或非共价键作用,聚集组装成具有三维多孔结构BN气凝胶的方法

更适用于大规模制备;反应条件较为温和,可以保留低维材料的原有特性,以制备具有特殊功能的BN气凝胶。

无模板法

在不借助外界模板的情况下,通过B源和N源直接发生化学反应制备多孔气凝胶的方法

制备出的氮化硼凝胶,其比表面积相对较大。


三、氮化硼气凝胶的应用

氮化硼凝胶材料基于BN自身的性能优势以及多孔气凝胶的结构特点,使BN气凝胶具有高比表面积、良好的抗氧化性和化学稳定性,从而在气体吸附、催化、污水净化、导热/隔热等诸多领域有更为广泛的应用前景。

氮化硼气凝胶的机遇与挑战 中国化工网,okmart.com

图4氮化硼气凝胶的应用


(1)储氢


氢能作为一种储量丰富、来源广泛、能量密度高的绿色能源,引起了人们的高度重视,而氢能的储运则是氢能应用的关键。研究表面,H分子在BN表面的结合能比在碳上的结合能高40%,因此BN气凝胶有望用作储氢材料。


(2)催化


BN良好的化学稳定性和抗氧化性使其在高温和氧化条件下表现出优于传统催化剂载体的性能。此外,BN气凝胶的多孔网状结构有利于反应物的扩散,超高的比表面积可以最大程度地负载金属活性组分,进而提高催化性能。如:甲醇燃料电池被认为是很有前途的“绿色”便携式发电机,但它们的进一步发展很大程度上受限于目前Pt基阳极催化剂的高成本和低催化活性。因此,BN气凝胶的研发有助于甲醇燃料电池进入发展快车道,推动工业化生产。


(3)污水净化


气凝胶材料独特的网络结构和较大的比表面,使其能够在环境治理领域当作吸附材料使用。BN气凝胶中微小而均匀分布的孔隙不仅赋予BN气凝胶超高的比表面积,使吸附位点充分暴露,而且有效减小了被吸附物由气凝胶表面进入内部的阻力,更有利于吸附过程的持续进行。此外,BN气凝胶良好的疏水亲油性保证了吸附水中有机溶剂的能力,并呈现出经济和高效的特点。


(4)导热与隔热


BN与其他材料复合后,由于自身的高热导率,可大幅度提高复合材料的导热性能;另外,通过结构设计,BN气凝胶因独特的纳米多孔网络结构而具有高孔隙率、高比表面积、低密度及低热导率等性质,也是一种理想的隔热材料。石墨烯气凝胶是一种很有潜力的导热材料,但其高孔隙率、低密度和各向同性的结构阻碍了其热导率的进一步提高。


总结

迄今为止,已经建立了各种用于BN功能化的后合成方法,然而,这些策略的范围和效率仍然很少令人满意。另外,如何精准控制BN气凝胶的孔结构,包括孔径尺寸和孔隙率,仍然是一个挑战。除了发展合成方法,设计精确的分析技术表征BN纳米结构也是至关重要的,因为B、C和N原子通常在显微成像下显示出接近的原子尺寸和对比度,难以直接分辨,精确的分析技术有助于测定BN表面的功能化位置,形成的键的几何形状和性质,为BN功能化研究提供有价值的信息。


BN气凝胶的开发充满了机遇与挑战,未来应着力于开发更有效和更经济的BN气凝胶合成和功能化策略,使其满足未来高性能生物、热防护、电化学等装置的应用需求,推动气凝胶的工业生产,满足人类的生活需求。我们相信随着制备手段和设备的发展,BN气凝胶将呈现出更为广阔的应用前景。


参考文献

1、氮化硼纳米片及其凝胶材料的研究进展付钦瑞(汕头大学)

2、氮化硼气凝胶的制备及其应用进展 柳凤琦,冯坚等 (国防科技大学)

3、国外气凝胶材料研究进展江洪,王春晓 (中国科学院武汉文献情报中心)


标签:化工应用化工原料技术中心精细化学品石墨烯
免责声明: 本文仅代表作者本人观点,与中国化工网无关。本网对文中陈述、观点判断保持中立,不对所包含内容的准确性、可靠性或完整性提供任何明示或暗示的保证。请读者仅作参考,并请自行承担全部责任。本网转载自其它媒体的信息,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。如因作品内容、版权和其它问题需要同本网联系的,请在一周内进行,以便我们及时处理。客服邮箱:service@cnso360.com | 客服QQ:23341571
中国化工网手机站MOBILE
扫描二维码,获取手机版最新资讯 公众号:中国化工网 您还可以直接微信扫描打开
全站地图

深圳网络警察报警平台 深圳网络警
察报警平台

公共信息安全网络监察 公共信息安
全网络监察

经营性网站备案信息 经营性网站
备案信息

中国互联网举报中心 中国互联网
举报中心

中国文明网传播文明 中国文明网
传播文明

深圳市市场监督管理局企业主体身份公示 工商网监
电子标识