关于氮化硼催化剂载体的偶然发现：特定场景潜力巨大！

2021-07-22 09:06:59

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近日，大连化物所傅强研究员与包信和院士团队在研究中发现，过渡金属催化剂与惰性的六方氮化硼（h-BN）载体之间存在经典的金属—载体强相互作用（StrongMetal-Support Interaction, SMSI），并且氮化硼载体在甲烷二氧化碳干重整（DRM）反应中表现出优异的性能。单体硼

科普

金属-载体强相互作用（SMSI）是催化科学常见现象，指在特定气氛下，载体会迁移并逐步包裹金属催化剂，形成的包裹层修饰了活性金属表面的吸附性质和电子状态，进而改变了催化剂的反应性能。多数时候，由于表面活性位被包裹层覆盖，处于SMSI状态下的催化剂会减效甚至失效。

甲烷二氧化碳干重整反应（DryReforming of Methane,DRM）可以同时将两种温室气体转化为合成气（CO+H2），Ni基催化剂兼具率和，但需要解决在严苛和长时间反应条件下的催化剂烧结和积碳的问题。

三氧化二硼

氮化硼载体

六方氮化硼（h-BN）是由类似于石墨烯的层状结构依次堆叠起来的，具有十分优异的机械性质和化学及热稳定性，常被用作条件下的保护层材料。因此在催化研究中，作为载体也被理所当然的认为是对SMSI效应“惰性”的材料。但是研究人员在利用h-BN片层材料负载金属Ni纳米粒子时发现，催化DRM反应40h之后，Ni纳米粒子周围的h-BN纳米片表面被刻蚀，出现了许多纳米级的小坑，这说明了Ni与h-BN在DRM反应气氛下出现了相互作用过程。

与传统的SMISI效应中的致密氧化物包裹抑制催化反应不同，h-BN体系中的SMSI效应还具有其性，由于硼元素的氧化物常常处于非晶态结构，并且DRM反应的工作温度（750oC）也高于其熔点。因此，反应条件下BOx覆盖层处于无定形的状态，并具有很强的流动性，这可能有利于反应物分子接触到金属表面并被活化。

总结

研究人员发现，只有在中等氧化能力的气氛如CO2和H2O中，才能诱导发生h-BN被刻蚀的现象。强还原性气氛（如H2和CO），或者强氧化性气氛（例如O2）都没有刻蚀发生。h-BN体系中的SMSI效应还具有的普适性，相似的现象也可以推广到Fe，Co，Ru和Pt等金属催化剂中。由此可见，氮化硼作为催化剂载体在特定应用场景下！

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