多孔氮化硼研究进展：储氢、气体吸附、分离领域新材料
多孔氮化硼是一种新型非氧化物多孔材料，内部由相互贯通或封闭的孔洞构成，具有高比表面积和丰富的孔道结构，孔径尺寸可根据实际应用进行调控，同时化学性能稳定、热导率高、绝缘性能良好，且具有疏水的特性。与传统氧化物载体、多孔碳载体相比，多孔氮化硼材料具有良好的高温稳定性和抗酸碱腐蚀性能，即使在较高温度下，其化学性能及热性能变化很小，并且氮化硼还能使负载的贵金属保持还原态，能够在高温有氧和强腐蚀等恶劣条件下充当催化剂载体。另外，多孔氮化硼材料具有特殊的氢化性质和选择吸附性能，在储氢、气体吸附和分离领域具有很大的应用潜力。
一、多孔氮化硼材料的制备方法
目前，多孔氮化硼的制备主要有模板法和高压反应合成法两大类。除此之外，利用氮化硼前驱体高温热解、以金属为基体的自组装和自蔓延燃烧合成也能得到不同孔结构的氮化硼材料。
1、模板法
模板法是利用模板的的空间限制作用，控制孔结构，制备结构有序、孔径相对均一多孔材料的方法。根据应用的模板及其使用方式的不同，模板法可分为软模板法、硬模板法和元素置换法三种。
1.1软模板法
软模板法是最早制备有序介孔材料的方法。以两亲性表面活性剂构成的超分子聚集体为模板，和氮化硼前驱体之间通过非共价键作用力的相互作用进行自组装，然后热解得到多孔氮化硼材料。利用软模板法制备多孔氮化硼材料过程相对简单，但对软模板的要求较为苛刻，软模板的选择会直接影响到产物的结构。
1.2硬模板法
硬模板法是制备有序介孔氮化硼材料最常用的方法。利用多孔固体(如介孔硅、介孔碳)作为模板，在其孔道中通过浸渍引入氮化硼前驱体(如硼吖嗪、硼烷氨)，经热解合成氮化硼，除去硬模板得到对应孔结构的多孔氮化硼材料。硬模板的孔道结构、孔径大小直接决定了产物的形貌，通过对模板的选择可以得到不同孔径结构的多孔氮化硼材料。
图一具有代表性的两种有序介孔材料的合成路线:
(a)软模板法;(b)硬模板法
1.3元素置换法
在高温条件下，利用硼、氮与碳模板之间发生置换反应得到多孔氮化硼材料和多孔硼碳氮材料。产物中碳含量可以通过对反应温度的控制调整，反应温度越高，碳含量越低。利用这种方法制备氮化硼多孔材料过程简单，对环境污染小，但需要较高反应温度，能耗较高。
图二 元素置换法合成介孔氮化硼和介孔硼碳氮化合物
2、高压反应合成法
在高压环境下，以反应过程中生成的气泡或盐类颗粒充当成孔模板，制备多孔氮化硼材料。利用高压反应合成法制备多孔氮化硼材料很难控制孔的形貌，得到的多为孔径分布较大的无序孔结构。但这种方法相对于模板法更简单易行，在较低的温度就可得到较高晶化度的产物，能耗低，对环境污染。
二、微孔氮化硼材料
微孔氮化硼材料具有较小且相对均一的孔径，可通过直接热解合适的前驱体得到，其比表面积较大，孔径分布窄，并且具有良好的化学稳定性，可用于气体吸附和分离等领域。虽然微孔氮化硼材料的制备起步较早，但专门针对微孔氮化硼的研究并不是很多。一方面前驱体毒性较大，且合成过程复杂;另一方面，热解的温度会影响产物的孔结构，温度较低时氮化硼晶化度不好，高温处理可提高其晶化度，但会破坏微孔结构，引起微孔收缩、合并，造成比表面积下降。
三、介孔氮化硼材料
介孔氮化硼是多孔氮化硼材料中研究最多的一类，其孔径适中，比表面积大，化学性质稳定，在气体吸附和催化领域具有广阔的应用前景。根据孔道的有序程度，介孔氮化硼材料可分为有序介孔氮化硼材料和无序介孔氮化硼材料。
1、有序介孔氮化硼材料
有序介孔氮化硼材料具有周期排列的孔结构和很大的比表面积，孔径分布很窄，应用前景广阔。近十年来，有序介孔氮化硼材料得到了飞速发展。合成有序介孔氮化硼材料主要采用模板法，尤其是硬模板法。硬模板法一般先利用介孔硅或介孔碳为模板，用氮化硼前驱体浸渍孔道之后热解，得到有序介孔氮化硼材料。模板的孔结构以及前驱体对模板的浸渍程度直接影响介孔氮化硼的形貌。
图三 氮化硼分子筛的透射电镜图
2、无序介孔氮化硼材料
无序介孔氮化硼材料的孔道呈无序排列，孔径分布相对较宽，利用模板法、高压反应法或直接热解氮化硼前驱体均可制备这种材料。
四、大孔氮化硼材料
大孔氮化硼材料是孔径大于50nm的多孔氮化硼材料，相对于微孔和介孔材料，其比表面积相对较低，但具有较大的孔径和孔容，作为催化剂载体具有独特的优势。尤其是三维有序大孔氮化硼材料，具有非常好的通透性，可以在有氧高温、腐蚀等苛刻条件下，用作催化剂载体，孔径均一的大孔氮化硼材料还可用于大分子的分离。
五、多级孔氮化硼材料
多级孔氮化硼材料由于化学稳定性好，且具有多级孔道，在催化领域具有很大的应用潜力。催化剂活性中心一般位于微孔或者介孔内部，而相互贯通的大孔结构的引入，可以提高传质能力，孔道之间的协同作用使催化活性得到提高。以微孔、介孔为主的多孔氮化硼具有高比表面积和特殊的氢化能力，也适合作为储氢材料使用。
