缺陷能否将惰性材料变成有用的活性材料

据一个国际研究小组称，证明一种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。

hBN 是一种分层材料，单层可以像石墨烯一样被剥离，石墨烯是另一种二维材料。但是，两者之间存在关键区别。

“虽然 hBN 与石墨烯具有相似的结构，但硼和氮化物原子之间的强极性键使 hBN 与石墨烯不同，因为它在高温下具有化学惰性和热稳定性，”宾夕法尼亚州立大学物理学博士后研究员 Yu Lei 说。该研究的合著者发表在《今日材料》上。

如果 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。

密歇根州立大学化学工程和材料科学助理教授何塞·门多萨-科尔特斯 (Jose Mendoza-Cortes) 说：“汽油车中的催化转化器中含有贵金属铂，可将有害气体转化为危害较小的气体。”“然而，这很昂贵，因为你需要投入大量的铂原子进行催化。现在想象一下，您只需要放置一两个，仍然可以获得相同的性能。”

铂还用作许多其他类型实际化学反应的催化剂，执行转化的铂原子通常在表面，而下面的只是作为结构支撑。

“在这项研究中，我们使用有缺陷的 hBN 作为结构支撑，它更便宜，同时暴露大部分铂原子进行化学反应，”Mendoza-Cortes 说。

hBN 中的缺陷是材料化学活性的关键。研究人员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。

这些孔非常小，一次只能容纳一两个贵金属原子。由于填充空穴的 hBN 的反应性，通过混合金属盐，可以在 hBN 衬底上沉积一个或两个原子那么小的纳米结构。

“由于氮化硼不与任何物质发生反应，如果您将铂、金或银盐还原成单个原子并将它们放置在氮化硼上的缺陷(孔)中，您就可以使用这种“多孔”hBN 作为催化剂的载体表面，”宾夕法尼亚州立大学 Verne M. Willaman 物理学教授兼化学与材料科学教授 Maurico Terrones 说。“这是全新的东西，这就是我们在这里展示的内容。”

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