如果六方氮化硼(hBN)具有化學(xué)活性而不是惰性的，那么它將使其具有更多用途，包括成為一種類(lèi)似于石墨烯的有用、經(jīng)濟(jì)高效的催化劑載體。這對(duì)于實(shí)際應(yīng)用非常有用，例如在汽油動(dòng)力汽車(chē)中，或者將碳轉(zhuǎn)化為幫助減少溫室氣體到其他產(chǎn)品。

賓夕法尼亞大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)最近的研究成果證明，被認(rèn)為始終具有化學(xué)惰性的六方氮化硼 (hBN) 材料可以具有化學(xué)活性，這對(duì)于具有廣泛應(yīng)用的新型催化劑具有潛力。相關(guān)研究以“Low temperature activation of inert hexagonal boron nitride for metal deposition and single atom catalysis”為題，近日發(fā)表在今日材料（Materials Today）期刊。

論文鏈接：DOI：10.1016/j.mattod.2021.09.017

六方氮化硼的晶格結(jié)構(gòu)缺陷可以通過(guò)光致發(fā)光檢測(cè)。研究人員在材料上照射具有顏色或能量的光，并從缺陷處獲得不同的顏色。此外，該圖顯示了由這些缺陷產(chǎn)生的氫氣泡，這些缺陷包含催化劑原子（附著在空位上的灰色和黑色球體）。

六方氮化硼 (hBN) 因其寬帶隙和牢固的共價(jià)鍵而一直被認(rèn)為是化學(xué)惰性的。它的惰性阻礙了 hBN 在能量轉(zhuǎn)換應(yīng)用中的功能化。本次的研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)一種稱(chēng)為低溫銑削的過(guò)程在材料中制造缺陷，即小孔，該過(guò)程涉及對(duì)材料進(jìn)行過(guò)冷，然后通過(guò)低溫研磨將其減少，以此提升hBN的活性。

低溫研磨活化cBN

球磨是一種在 hBN 中引入缺陷的可擴(kuò)展方法，但延長(zhǎng)的球磨時(shí)間（> 20 小時(shí)）可能會(huì)導(dǎo)致球磨環(huán)境中不必要的污染。因此研究人員選擇在77K溫度液氮下抑制其副反應(yīng)，避免氧化的同時(shí)減少研磨時(shí)間。隨后產(chǎn)生的缺陷BN（dBN）能夠向金屬陽(yáng)離子提供電子（Ag、Fe、Cu、Au 和 Pt）在室溫 (RT) 下形成單個(gè)原子和亞納米團(tuán)簇（直徑 2-8 nm）。

“這個(gè)項(xiàng)目最困難的部分是讓研究界相信，像 hBN 一樣惰性的材料可以被激活以具有化學(xué)反應(yīng)性，并作為催化劑載體。我們進(jìn)行了所有這些非常詳細(xì)的表征，包括同步輻射，以證明我們所擁有的實(shí)際上是單原子鉑，而不是鉑簇。”研究人員還通過(guò)建模計(jì)算和實(shí)驗(yàn)證明并證明了可以制造出非常小的孔，以至于它們當(dāng)時(shí)只能容納 1 或 2 個(gè)原子的貴金屬。這樣的催化劑載體將大大降低貴金屬的使用成本。

編譯 YUXI

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