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首次实现:科研人员将六方氮化硼(hBN)转化为活性催化剂载体
2022年01月05日 发布 分类:技术前沿 点击量:585
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如果六方氮化硼(hBN)具有化学活性而不是惰性的,那么它将使其具有更多用途,包括成为一种类似于石墨烯的有用、经济高效的催化剂载体。这对于实际应用非常有用,例如在汽油动力汽车中,或者将碳转化为帮助减少温室气体到其他产品。

宾夕法尼亚大学的研究团队最近的研究成果证明,被认为始终具有化学惰性的六方氮化硼 (hBN) 材料可以具有化学活性,这对于具有广泛应用的新型催化剂具有潜力。相关研究以Low temperature activation of inert hexagonal boron nitride for metal deposition and single atom catalysis”为题,近日发表在今日材料(Materials Today)期刊。

论文链接:DOI:10.1016/j.mattod.2021.09.017

六方氮化硼

六方氮化硼的晶格结构缺陷可以通过光致发光检测。研究人员在材料上照射具有颜色或能量的光,并从缺陷处获得不同的颜色。此外,该图显示了由这些缺陷产生的氢气泡,这些缺陷包含催化剂原子(附着在空位上的灰色和黑色球体)。

六方氮化硼 (hBN) 因其宽带隙和牢固的共价键而一直被认为是化学惰性的。它的惰性阻碍了 hBN 在能量转换应用中的功能化。本次的研究团队通过一种称为低温铣削的过程在材料中制造缺陷,即小孔,该过程涉及对材料进行过冷,然后通过低温研磨将其减少,以此提升hBN的活性。

低温研磨活化cBN

低温研磨活化cBN

球磨是一种在 hBN 中引入缺陷的可扩展方法,但延长的球磨时间(> 20 小时)可能会导致球磨环境中不必要的污染。因此研究人员选择在77K温度液氮下抑制其副反应,避免氧化的同时减少研磨时间。随后产生的缺陷BNdBN能够向金属阳离子提供电子(Ag、Fe、Cu、Au 和 Pt)在室温 (RT) 下形成单个原子和亚纳米团簇(直径 2-8 nm)。

“这个项目最困难的部分是让研究界相信,像 hBN 一样惰性的材料可以被激活以具有化学反应性,并作为催化剂载体。我们进行了所有这些非常详细的表征,包括同步辐射,以证明我们所拥有的实际上是单原子铂,而不是铂簇。研究人员还通过建模计算和实验证明并证明了可以制造出非常小的孔,以至于它们当时只能容纳 1 或 2 个原子的贵金属。这样的催化剂载体将大大降低贵金属的使用成本。


编译 YUXI

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