關于氮化硼催化劑載體的偶然發現：特定場景潛力巨大！

2021-07-22 09:06:59

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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（StrongMetal-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。單體硼

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（DryReforming of Methane,DRM）可以同時將兩種溫室氣體轉化為合成氣（CO+H2），Ni基催化劑兼具率和，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。

三氧化二硼

氮化硼載體

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！