莱斯大学(Rice University)的科学家们曾“闪光”材料来合成石墨烯等物质,现在他们把注意力转向了氮化硼,氮化硼因其热稳定性和化学稳定性而备受重视。
莱斯大学实验室化学家詹姆斯·图尔(James Tour)将前驱体快速加热和冷却,以生产二维材料,在这种情况下,纯氮化硼和氮化硼碳。到目前为止,这两种物质都很难批量生产,而且几乎不可能以易溶的形式生产。
实验室的报告来了先进材料详细介绍了图尔实验室在2020年引入的一种技术——闪焦耳加热,是如何通过调整来制备含不同碳度的纯化的微观氮化硼薄片的。
对该材料的实验表明,氮化硼薄片可以用作强大的防腐涂层的一部分。
“氮化硼是一种备受追捧的二维材料,”图尔说。“能够批量生产,现在加上混合量的碳,使它更加通用。”
在纳米尺度上,氮化硼有几种形式,包括看起来像石墨烯的六角形结构,但硼和氮原子交替存在,而不是碳原子。氮化硼很软,所以它经常被用作润滑剂和化妆品的添加剂,也被发现在陶瓷和金属化合物中,以提高它们处理高温的能力。
莱斯大学化学工程师Michael Wong最近报告说,氮化硼是一种有效的催化剂,可以帮助破坏PFAS,一种存在于环境和人类体内的危险的“永久化学物质”。
闪光焦耳加热是指将源材料塞在管子中的两个电极之间,并通过它们快速发送电流。对于石墨烯,材料可以是任何含有碳的东西,食物垃圾和用过的塑料汽车部件只是两个例子。该方法还成功地从煤粉煤灰和其他原料中分离出稀土元素。
在莱斯大学研究生陈卫银(Weiyin Chen)领导的实验中,实验室将硼氨(BH3NH3)与不同数量的炭黑一起放入闪光室,这取决于所需的产品。然后,样品被闪过两次,第一次用200伏来去除样品中的多余元素,第二次用150伏来完成这个过程,总闪过时间不到一秒。
显微镜图像显示,薄片是涡层状的——也就是说,像堆叠不好的板一样错位——它们之间的相互作用减弱。这使得薄片很容易分离。
它们也很容易溶解,这导致了防腐实验。实验室将闪蒸氮化硼与聚乙烯醇(PVA)混合,将化合物涂在铜膜上,并将其表面暴露在硫酸浴中进行电化学氧化。
事实证明,与PVA单独或与商业六方氮化硼类似的化合物相比,闪过的化合物对铜的保护效果要好92%以上。显微图像显示,这种化合物为腐蚀性电解质创造了“曲折的扩散路径”,以达到铜,并阻止金属离子的迁移。
陈说,前驱体的导电性不仅可以通过添加碳来调节,还可以通过添加铁或钨来调节。
他说,实验室看到了闪光其他材料的潜力。陈说:“在其他方法中使用的前体,如热液和化学气相沉积,可以在我们的闪蒸方法中尝试,看看我们是否可以制备出更多具有亚稳特征的产品。”“我们已经证明了闪烁的亚稳相金属碳化物和过渡金属二硫族化物,这部分值得更多的研究。”
该研究的共同作者是赖斯大学校友John Tianci Li, Wala Algozeeb, Paul Advincula, Emily McHugh和Duy Xuan Luong,研究生Chang, Yuan, Jinhang Chen, kexinling, Chi Hun Choi, Kevin Wyss和Wang,研究科学家高冠辉和材料科学与纳米工程助理教授韩一墨。图尔是莱斯大学化学教授,也是计算机科学、材料科学和纳米工程教授。
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