中科院院士包信和曾經說過，雖然人們知道化學反應需要催化劑，但是化學反應“催化”的原理，科研界知之甚少，可以說還是個“黑匣子”。

近日，大連化物所傅強研究員與包信和院士團隊在研究中發現，過渡金屬催化劑與惰性的六方氮化硼（h-BN）載體之間存在經典的金屬—載體強相互作用（Strong Metal-Support Interaction, SMSI），并且氮化硼載體在甲烷二氧化碳干重整（DRM）反應中表現出優異的性能。

科普

金屬-載體強相互作用（SMSI）是催化科學常見現象，指在特定氣氛下，載體會遷移并逐步包裹金屬催化劑，形成的包裹層修飾了活性金屬表面的吸附性質和電子狀態，進而改變了催化劑的反應性能。多數時候，由于表面活性位被包裹層覆蓋，處于SMSI狀態下的催化劑會減效甚至失效。

甲烷二氧化碳干重整反應（Dry Reforming of Methane, DRM）可以同時將兩種溫室氣體轉化為合成氣（CO+H₂），Ni基催化劑兼具高效率和低成本，但需要解決在嚴苛和長時間反應條件下的催化劑燒結和積碳的問題。

氮化硼載體

Ni/h-BN催化劑反應40h后的低倍率TEM圖像，如圖所示：

平均粒徑為13.3nm的鎳粒徑分布，在每個鎳納米顆粒周圍都可以清楚地看到納米坑。

六方氮化硼（h-BN）是由類似于石墨烯的層狀結構依次堆疊起來的，具有十分優異的機械性質和化學及熱穩定性，常被用作極端條件下的保護層材料。因此在催化研究中，作為載體也被理所當然的認為是對SMSI效應“惰性”的材料。但是研究人員在利用h-BN片層材料負載金屬Ni納米粒子時發現，催化DRM反應40h之后，Ni納米粒子周圍的h-BN納米片表面被刻蝕，出現了許多納米級的小坑，這說明了Ni與h-BN在DRM反應氣氛下出現了相互作用過程。

與傳統的SMISI效應中的致密氧化物包裹抑制催化反應不同，h-BN體系中的SMSI效應還具有其獨特性，由于硼元素的氧化物常常處于非晶態結構，并且DRM反應的工作溫度（750oC）也高于其熔點。因此，反應條件下BOx覆蓋層處于無定形的狀態，并具有很強的流動性，這可能有利于反應物分子接觸到金屬表面并被活化。

總結

研究人員發現，只有在中等氧化能力的氣氛如CO₂和H₂O中，才能誘導發生h-BN被刻蝕的現象。強還原性氣氛（如H₂和CO），或者強氧化性氣氛（例如O₂）都沒有刻蝕發生。h-BN體系中的SMSI效應還具有一定的普適性，相似的現象也可以推廣到Fe，Co，Ru和Pt等金屬催化劑中。

由此可見，氮化硼作為催化劑載體在特定應用場景下潛力巨大！