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新2最新网址:变废为宝!美科学家成功激活惰性材料 应用价值媲比石墨烯

admin2022-01-0322

财联社(上海,编辑 黄君芝)讯,据一个国际研究团队称,六方氮化硼(hBN)这种被认为总是具有化学惰性的材料可以转化为化学活性,这将为开发一类具有广泛应用的新型催化剂提供了潜力。

据悉,hBN是一种层状材料,可以像另一种二维材料石墨烯那样被剥离。然而,这两者之间有一个关键的区别。宾夕法尼亚州立大学物理学博士后学者、该研究论文合著者Yu Lei说:“虽然hBN与石墨烯的结构相似,但硼和氮化物原子之间的强极性键使hBN与石墨烯不同,它在高温下具有化学惰性和热稳定性。”

如果hBN具有化学活性而不是惰性,那么它将有更多的用途,包括成为一种类似于石墨烯的有用的、经济有效的催化剂载体。这将有助于实际应用,如在汽油动力汽车中或将碳转化为其他产品,以帮助减少温室气体。上述研究结果已发表在《今日材料》杂志上。

密歇根州立大学化学工程和材料科学副教授Jose Mendoza-Cortes说,“汽油车的催化转化器中含有贵金属铂,可以将有害气体转化为不那么有害的气体。然而,这是昂贵的,因为你需要放入大量的铂原子来进行催化。现在想象一下,你只需要放一两个,仍然可以得到相同的性能。”

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铂还被用作许多其他类型的实际化学反应的催化剂,执行转换的铂原子通常在表面,而下面的铂原子只是作为结构支撑。Cortes说,“在这项研究中,我们使用了有缺陷的hBN作为结构支撑,它更便宜,同时大部分的铂原子暴露在外进行化学反应。”

研究人员解释称,hBN中的现在缺失是提高材料化学活性的关键。研究人员通过一个叫做低温研磨的过程在材料中制造了缺失,即小孔,这涉及到极冷材料,然后通过低温研磨将其还原。这些孔是如此之小,以至于它们一次只能容纳一个或两个贵金属原子。通过混合金属盐,小到一两个原子的纳米结构可以沉积到hBN基材上。

“由于氮化硼不与任何物质发生反应,如果你将铂、金或银盐还原成单个原子,并将它们置于氮化硼表面的缺陷(孔)中,那么你就可以使用这种“空心”hBN作为催化剂的载体。”研究人员说,“这是一种全新的东西,这就是我们在这里展示的东西。”

证明这一点意义重大,因为之前人们认为,如此惰性的材料永远不会具有化学活性。宾夕法尼亚州立大学Verne M. Willaman物理学教授以及化学和材料科学教授Maurico Terrones指出,“这个项目最困难的部分是让研究界相信,像hBN这样的惰性物质可以被激活,产生化学反应,并作为催化剂的支撑。”

“我认为我们的研究正在表明,本应是惰性的材料可以通过创造和控制材料上的缺陷而被激活。我们证明了必要的化学反应发生在原子水平上。如果它对氮化硼有效,它应该对任何其他材料有效。”他补充说。

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  • 2022-01-03 00:00:13

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