據(jù)一個國際研究小組稱，證明一種被認(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，這對于具有廣泛應(yīng)用的新型催化劑具有潛力。
hBN 是一種分層材料，單層可以像石墨烯一樣被剝離，石墨烯是另一種二維材料。但是，兩者之間存在關(guān)鍵區(qū)別。
“雖然 hBN 與石墨烯具有相似的結(jié)構(gòu)，但硼和氮化物原子之間的強(qiáng)極性鍵使 hBN 與石墨烯不同，因為它在高溫下具有化學(xué)惰性和熱穩(wěn)定性，”賓夕法尼亞州立大學(xué)物理學(xué)博士后研究員 Yu Lei 說。該研究的合著者發(fā)表在《今日材料》上。
如果 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，包括成為一種類似于石墨烯的有用、經(jīng)濟(jì)高效的催化劑載體。這對于實際應(yīng)用非常有用，例如在汽油動力汽車中，或者將碳轉(zhuǎn)化為幫助減少溫室氣體到其他產(chǎn)品。
密歇根州立大學(xué)化學(xué)工程和材料科學(xué)助理教授何塞·門多薩-科爾特斯 (Jose Mendoza-Cortes) 說：“汽油車中的催化轉(zhuǎn)化器中含有貴金屬鉑，可將有害氣體轉(zhuǎn)化為危害較小的氣體。”“然而，這很昂貴，因為你需要投入大量的鉑原子進(jìn)行催化?，F(xiàn)在想象一下，您只需要放置一兩個，仍然可以獲得相同的性能。”
鉑還用作許多其他類型實際化學(xué)反應(yīng)的催化劑，執(zhí)行轉(zhuǎn)化的鉑原子通常在表面，而下面的只是作為結(jié)構(gòu)支撐。
“在這項研究中，我們使用有缺陷的 hBN 作為結(jié)構(gòu)支撐，它更便宜，同時暴露大部分鉑原子進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，”Mendoza-Cortes 說。
hBN 中的缺陷是材料化學(xué)活性的關(guān)鍵。研究人員通過一種稱為低溫銑削的過程在材料中制造缺陷，即小孔，該過程涉及對材料進(jìn)行過冷，然后通過低溫研磨將其減少。
這些孔非常小，一次只能容納一兩個貴金屬原子。由于填充空穴的 hBN 的反應(yīng)性，通過混合金屬鹽，可以在 hBN 襯底上沉積一個或兩個原子那么小的納米結(jié)構(gòu)。
“由于氮化硼不與任何物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，如果您將鉑、金或銀鹽還原成單個原子并將它們放置在氮化硼上的缺陷(孔)中，您就可以使用這種“多孔”hBN 作為催化劑的載體表面，”賓夕法尼亞州立大學(xué) Verne M. Willaman 物理學(xué)教授兼化學(xué)與材料科學(xué)教授 Maurico Terrones 說。“這是全新的東西，這就是我們在這里展示的內(nèi)容。”
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