碳化硼是一种重要的无机非金属材料，是世界上硬度仅次于金刚石、立方氮化硼的超硬材料，同时它密度小（2.52g/cm3）、熔点高（2450℃）、化学性能稳定、中子吸收截面大，^[1,2]且原料来源广泛、成本较低，近年已广泛应用于军工装甲、航天涂层^[3,4]与反应堆保护层等高端结构部件。因此长期以来对于碳化硼的研究主要集中于烧结方法、陶瓷力学性能及增韧机理^[5,6,7]等。

但最近碳化硼在电化学等领域对特定反应优异的催化与耐腐蚀性能^[8,9,10]、对部分粒子的强吸附作用及精细结构的优越力学性能使研究人员开始着手研究其非典型纳米结构合成及应用性能。

应用性能上，Liu Tao等人以碳纳米线（CNF）为基板催化生长了碳化硼纳米线^[11]，作为了Li-S电池的双功能阴极衬底。实验表明B4C@CNF具有极强多硫吸附性且提高了多硫化物的转换速率，实现了9 mAh cm^#8722;2的面容量，50次循环后125 mAh的放电能力，500次循环后仍保持80%的初始电容量。Wen-Bin Luo等人以碳纳米管（CNT）为基板，合成了一种应用于锂氧空气电池的新型双功能电催化剂B4C纳米线^[12]。其高效的催化活性再加上B₄C纳米线和碳纳米管复合材料中丰富的催化位点，在锂氧电池的氧还原和进化反应中表现出极大的催化活性。在容量受限、电流密度为0.4 mA cm²的情况下， 120次循环后，终端放电电压高于2.2 V，具有良好的循环性能。Xinyong Tao等人以废旧天然棉织物为基板^[13]，催化生长了B₄C纳米纤维，AFM弯曲测试显示其模量高达428.1GPa且弯折至53°未断裂，UV系列吸收率高于99.8%。

结构合成上也有不少报道。研究人员曾以微米级碳纤维织物为主体，无定形硼粉为硼源，硝酸镍为催化剂，在超声混合后加热至1160℃保温4小时，成功制备出B₄C纳米棒修饰的C纤维^[11]。实验发现镍硼化合物的顶端线性生长机理占主导，使碳化硼沿[001]晶面生长。也有研究以硼酐为硼源，乙烯、氯乙烯均聚物掺碳粉作为碳源，以镁粉为助剂，通过高温自蔓延燃烧反应生成了不同结晶完整度、尺寸的薄片状B₄C^[14]。燃烧中液相的生成既是反应媒介，又对反应产物起隔离作用，是形成该形貌的关键。还有人员以硼粉、氧化硼为硼源，纳米线团结构CBC为预成型碳源，超声分散后加热至1400℃，生成了菱形B₄C薄片^[15]。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备：以B、B₂O₃等类似物质为硼源，甲烷、石墨烯、氧化石墨烯及其制品为碳源，在硝酸镍等催化剂作用下，通过固相反应或气相反应制备含有碳化硼纳米结构的材料；

材料表征；通过XRD、EDS、EDP、XPS、IR、Raman等手段表征试样元素、化学组成；用SEM、FESEM表征其形貌；TEM表征其晶格结构；维氏硬度仪、万能试验机等表征其相关制品力学性能；电化学工作站表征其相关制品电化学性能。

2.2 研究目标

1、掌握碳化硼特殊纳米形貌的常用制备方法；

2、采用多种分析手段综合表征制品特征、性能；