活性氮化硼的可控合成与吸附性质研究

We propose to study the preparation of activated boron nitride (BN) materials with the specific surface area higher than 1500 m2/g in this project. Its surface area and surface chemical activity should be improved by applying well-designed precursors of BN or/and novel surface-treatment techniques. Our results will lead to new knowledge concerning the use of the type of BN materials, including the comprehensive and deep understanding for the correlation of absorption properties with the synthesis route, specific surface area, interface chemistry and microstructure, and for the gaseous, organic, heavy metal ionic absorption character of the activated BN or some metal catalysts supported by the BN. Moreover, the goal of this research is to provide a framework for the rational design and the universal theory of the absorption behavior of activated BN, on deleterious gas/liquid species and heavy metal ions, and finally to find novel environmental protection materials. Taking account of the chemical stability of BN under extreme harsh conditions, the proposal and the further research will help us to improve the stability, security and reproducibility of absorption materials currently used, by using the proposed activated BN. In additional , the research will develop new understanding of how characterization techniques can be used to design novel absorption, environmental protection and catalysis materials.

本项目拟通过选择合适的反应前驱体或/和活化处理技术，以提高六方BN的比表面积和表面化学活性，合成比表面积超过1500 m2/g的活性氮化硼。系统、深入地了解活性氮化硼材料的合成程序、比表面积、界面化学、微观组织结构与吸附性能的关联，同时研究活性BN或由它支撑的金属催化剂在气体、有机体或重金属离子液体的吸附特征，考察表面、杂质或缺陷与吸附性质之间的关联，建立描述活性氮化硼材料对有害气液相和重金属离子污染的吸附净化的普适理论和方法。筛选出能够实现有害气相、液相和重离子有效吸附的环境净化新材料。并且由于六方BN具有的极端条件下的化学稳定性，推广其在吸附领域的应用可以显著提高目前使用的活性材料的稳定性、安全性和再生性, 为发展新型吸附和催化环保材料提供设计依据。

以多孔碳材料为代表的多孔材料广泛地应用于有害气氛或重金属吸附、催化、氢气存储、污水处理、海水淡化等领域。然而在现代能源环保材料使用中，除优秀的功能性外，还同时需要考虑材料的再生性和安全性。因此具有与多孔碳材料类似晶体结构和化学特性的六方氮化硼，即因其特有的绝缘性、高温化学惰性和热稳定性，以及能够改进吸附性质的局域极性成为理论上极有潜力的催化吸附材料。本项目对多孔活性氮化硼材料的合成过程进行了研究与分析，并通过控制前驱体形成温度与时间、反应气氛以及热处理温度调控来完成多孔活性氮化硼纤维的比表面积调控。优化合成工艺，制得了比表面积高达1687 m2 g-1的活性氮化硼纤维。项目研究了这种活性氮化硼纤维的吸附性能，结果表明其在有机污染物、重金属离子、抗生素、易挥发性有害有机溶剂方面均具有优异的表现。项目进一步研究探讨并揭示了活性氮化硼的吸附机理，并同时从理论上研究了其对不同气体的选择吸附特性，从而扩展了活性氮化硼在环境治理方面的应用前景。除吸附性能外，项目组成员也研究了以活性氮化硼为基体负载荧光染料、稀土配合物等发光材料的复合材料，并对其合成、光谱调控、发光机理及其在白光LED照明方面的应用进行了研究。此外，项目组团队通过实验和理论方法，实现了不同结构与显微特征的氮化硼纳米材料的绿色、高效合成，并研究了其物理、化学和生物特性。