从非晶态前驱体构建纳米多孔高结晶六方氮化硼的方法

 
     单层或者少层六方氮化硼（h-BN）是一种类石墨烯材料，具有重要的特性和广阔的应用前景。然而，到目前为止，简单而又规模化制备多孔h-BN晶体纳米片（BNNSs）的瓶颈成为限制它应用和性能开发的棘手问题。最近，浙江大学的Chen等及其合作者通过在镁存在的条件下，高温实现一个可控的连续溶解-沉淀/结晶过程，实现了将非晶态h-BN向高结晶BNNSs的转变。实验过程为：首先将h-BN前驱体与镁粉混合，然后将混合物密封在不锈钢管中，在氮气气氛下900℃处理；通过洗涤去除镁后，得到结晶的BNNSs，产率为88%（按重量计）。制备的BNNSs具有高结晶度和高孔隙率，其表面积高达347 m2 g-1，且纯度高、热稳定性好。与非晶态h-BN前驱体以及其他贵金属负载的多相催化剂相比，该高结晶、高孔隙率的BNNSs在十二氢-N-乙基咔唑脱氢反应中的催化效率更高，说明了其催化性能的优异特性。该成果发表在Angew. Chem. Int. Ed. 10.1002/anie.201904996上。

简报作者: 李梦圆责任编辑：薛彦明

负载单原子Mo的含缺陷的单层氮化硼：一种用于固氮的高效电催化剂的计算研究

 
生物合成植物、动物和其他生命形式的基本构件都离不开氮，因此将大气中丰富的N2转换为NH3这一固氮过程对于地球上各种生命形式的维持至关重要。目前，工业上可以通过Haber-Bosch过程将N2转换为NH3，但这需要极端的反应条件，如高温高压的N2和H2反应气。如何在温和条件下，将N2分子转化为NH3是化学中最具吸引力和最具挑战的过程之一。哈尔滨师范大学赵景祥和波多黎各大学陈中方合作，利用密度泛函理论（DFT）计算方法，系统研究了负载过渡金属单原子（Sc∼Zn，Mo，Ru，Rh，Pd和Ag）的含单个B空位的氮化硼（BN）在电催化固氮方面的潜力。计算结果表明，锚定在含缺陷的BN纳米片上的单个Mo原子在室温下通过酶催化机制表现出最高的N2固定催化活性，具有0.19V的极低过电位。负载Mo原子BN纳米片能用于N2固定的原因主要有：1.可以促进N2分子的化学吸附，以保证其惰性N-N三键充分活化，2.可以选择性地稳定吸附N2H*物种且不稳定吸附NH2*物种，以确保降低过电位。这一发现为单原子电催化剂在环境条件下生产NH3开辟了新途径。该成果发表在J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 12480−12487上。

简报作者: 刘岩责任编辑：刘岩，黄阳

功能化的氮化硼纳米片：一种热致重排的聚合物纳米复合膜用于氢气分离

 
近年来，氢气市场发展迅速，其市场规模到2017年已达1150亿美元。目前，世界上生产的大部分氢气来自天然气，而天然气中除氢气外还有相当浓度的甲烷，将氢气从中分离出来对于其在工业上应用非常重要。传统的分离氢气的方法，如变压吸附法和低温蒸馏法，都是能量密集型的，需要耗费大量能源。膜分离法是一种能量效率高、环境友好的气体分离技术，其效果依赖于高效分离膜的开发和使用。目前报道显示热致重整聚合物膜具有很高的气体分离系数，尤其对CO2/CH4混合气，但这种膜在热处理后的韧性不佳。澳大利亚莫纳什大学的Wang等人利用氨基功能化的氮化硼纳米片(FBN)作为填料对热致重整聚合物（XTR）膜的气体传输和力学性能进行了调控。研究发现，掺入1wt%FBN的XTR在425℃加热处理后获得纳米复合膜其抗拉伸能力提高282%，对H2/CH4的选择性提高一个数量级，而对H2的渗透性只有少量下降，展示了远高于Robeson上限的气体分离能力。该成果发表在Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 16056-16061。

简报作者: 李根责任编辑：黄阳

氮化硼纳米管/纳米纤维素高导热复合材料

随着电子科技的迅速发展，电子器件的功率和集成度日益提高，器件的特征尺寸不断减小，电子器件中因耗散生热而导致的电子设备温度升高和热应力的增加，对电子器件工作的可靠性和使用寿命都造成严重威胁。研究与开发高导热复合材料用于电子器件中的热界面材料具有重要意义。中国科学院深圳先进技术研究院汪正平院士团队和香港中文大学许建斌教授团队通过对复合材料的结构和制备方法进行设计，结合氮化硼纳米管和纳米纤维素的优势，采用简单的真空辅助抽滤方法制备了具有高度取向的绿色可降解复合材料，在高性能热界面材料方面取得新突破。由于氮化硼纳米管与纳米纤维素纤维之间较强的范德华力相互作用，该绿色可降解复合材料在25%质量分数的氮化硼纳米管时，导热系数高达21.39 W/mK。该项研究为获取高性能热界面提供了一种新的绿色材料和方法。该成果发表在ACS Nano 11 (2017) 5167-5178. (DOI: 10.1021/acsnano.7b02359）

简报作者: 张旭  责任编辑：黄阳

从液氮温度到1000℃具有超柔韧性的氮化硼气凝胶

 
具有优异力学性能的气凝胶具有广泛的应用前景，因而引起了人们广泛的兴趣。然而，现有的气凝胶通常缺乏必要的柔韧性，尤其在极端条件下使用时。目前报道的关于氮化硼气凝胶的制备方法不少，但制备出来的氮化硼气凝胶柔韧性较差。中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所Li等人采用氢键组装法制备的二硼酸三聚氰胺前驱体，经高温氨化反应制备了一种由氮化硼纳米带构成的、具有不随温度而变的超柔韧性的气凝胶。该气凝胶由大量交叉纠缠在一起的纳米带构成，此独特结构赋予该气凝胶优异的压缩/弯曲/扭转弹性、耐切削性和可恢复性。其力学柔性从液氮温度(-196°C)到高于1000°C的大温度范围内都得到了保持，因此该气凝胶有可能在极端环境中发挥功用。该成果发表在Adv. Funct. Mater. 2019, 29,1900188.

BN纳米带气凝胶的柔韧性:a)不同体积比水/TBA混合溶液中BN气凝胶的应变-应力曲线。b) BN-57的加载-卸载循环和应变-应力曲线，随应变从5%增加到75%。c)压缩试验50次加载-卸载循环的应变-应力曲线。d) BN纳米带气凝胶压缩后恢复原状的照片。e-g) BN气凝胶在弯曲状态(e)扭转状态(f)和剪切状态(g)下的照片和SEM图像。

BN纳米带气凝胶在液态N2和火焰中的柔韧性:a - a3)将BN气凝胶浸入液态N2中进行压缩释放。b)用锋利的镊子挤出液氮。c-c2)挤出液氮，将液氮倒入BN气凝胶中。d,e) BN气凝胶再次进行火焰测试，通过表面加载d - d3和线性加载e- e2进行压缩和释放。f)大气中BN纳米带气凝胶的TGA曲线。(f)中的插图是BN纳米带气凝胶在1018-1020℃空气气氛的管式炉中的照片。

简报作者: 高向前责任编辑：黄阳

用于丙烷氧化的高活性Pt/BN催化剂：载体的作用和活性位点的反应物诱导演化

烷烃是主要的挥发性有机化合物(VOCs)污染物之一，是由煤炭加工、石油炼制、天然气加工等工业废气排放以及汽油、柴油等化石燃料不完全焚烧产生的。催化燃烧与直接焚烧相比，具有效率高、能耗低等优点，被认为是降低烷烃排放的最有效途径之一。然而，烷烃尤其是轻烷烃(C1 - C3)由于化学惰性，催化燃烧仍很困难，通常需要较高的反应温度才能激活和裂解强C - H键。浙江师范大学物理化学研究所先进催化材料重点实验室采用浸渍法制备了负载型Pt/BN催化剂，在固定床反应器中对丙烷深度氧化样品的催化活性进行了测试。结果证明六方氮化硼负载的铂催化剂（Pt/BN）对丙烷燃烧氧化具有很高的活性和稳定性，其催化行为与铂的表面性质密切相关。煅烧后的催化剂中，铂氧化物可部分还原成金属铂，并对铂表面进行了重构，从而提高催化剂的活性。此外，氮化硼载体的晶界可以稳定金属铂族元素，并可能参与到反应中，这有效地解释了这些颗粒有比氮化硼表面更高的TOFs。该成果发表在ACS Catal. 2019, 9, 1472-1481上。

简报作者: 张磊责任编辑：房毅

硼油墨辅助原位氮化硼涂层用于抗氧化和抗腐蚀应用

利用石墨烯可以制备出一种高不渗透性的涂层材料，在氧化和防腐方面具有优异的屏障性能。但是，石墨烯在高温下的稳定性较差，石墨烯与防护表面之间形成的原电池甚至会加快腐蚀速度。相比之下，氮化硼（BN）由于其优异的热惰性和化学惰性被认为是一种较好的涂层材料，甚至它与石墨烯具有相同的不渗透性。香港城市大学支春义课题组与南京理工大学曾海波课题组的合作研究表明，以硼墨为原料，在碳、铜表面原位合成氮化硼涂料，可以达到超高抗氧化、防腐的目的。热重分析和电化学分析表明，BN涂层能有效地防止碳在空气中高温氧化，并能充分降低铜在氯化钠溶液中的腐蚀速率。结果表明，硼墨原位氮化硼涂料具有较高的抗氧化和防腐蚀应用潜力。相关结果发表在Nanotechnology10.1088/1361-6528/ab193c。

简报作者: 冀嘉伟责任编辑：薛彦明

室温合成稳定的h-BN/CsPbBr3钙钛矿量子点复合材料

全无机CsPbX₃(X=Cl, Br, I)钙钛矿量子点（PQDs）具有优异的电子光学性能，在白光二极管和背光显示器应用中具有明显的优势，然而全无机钙钛矿量子点在高温潮湿环境下以及连续光照条件下的稳定性较差，阻碍其实际应用。为了增强CsPbX₃ PQDs的稳定性，可以用稳定的无机材料作为基质来对其进行保护。目前已可以在室温下直接合成CsPbX₃ PQDs，但是却很少有人在室温下合成由无机材料保护的CsPbX₃PQDs。最近，厦门大学能源学院李阳等人，在室温条件下，通过简单的非均相成核生长过程，在六方氮化硼（h-BN）纳米薄片表面生成了CsPbBr₃ PQDs。研究表明，h-BN纳米片独特的二维结构和优异的导热性能可以使其表面的CsPbBr₃ PQD湿度稳定性和热稳定性显著提高。暴露在80％湿度空气中，约110小时后，h-BN/CsPbBr₃ PQD复合粉末的发光强度保持72％。当其温度从20°C升至100°C然后恢复到20°C，其发光强度仍可保持74%。利用发绿光的h-BN/CsPbBr₃纳米复合荧光粉、蓝色LED芯片和商用红色荧光粉组装而成的发光二极管具有低的相关色温和高的发光效率。该成果发表在ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 8242-8249。

 简报作者: 于蒙蒙责任编辑：林靖，黄阳

甲醛分子在纯相及掺杂氮化硼片上吸附的第一性原理研究

甲醛（CH2O）是一种常见的有毒挥发性致癌物质。寻找一种材料用于对CH2O进行快速、可靠且高灵敏的探测具有重要意义。氮化硼（BN）片具有类石墨烯的层状结构、高的比表面积，是一种潜在的气敏材料，然而其带隙较宽，导电性低，需要通过掺杂加以调控。Liu Shiyan等采用密度泛函理论研究了纯相和掺入S，Al或P杂质原子的BN片对CH2O分子的吸附特性。结果表明，掺入P原子对BN片性质的影响很小，而S或Al原子的掺入却可以调节BN的带隙和/或在带隙中引入的杂质能级而使BN具有更高的导电性，同时促进BN片与CH2O之间的电荷转移，增加BN片对CH2O的吸附力和敏感性。吸附在S掺杂的BN上的CH2O在室温下几乎难以解吸附，而吸附在Al掺杂的BN上的CH2O却可以在一个可接受时间段内得到释放，因此Al掺杂的BN有可能作为气敏的电极用于探测CH2O，而S掺杂的BN更适合作为吸附剂用于去除CH2O。相关结果发表在Chemical Physics Letters, 2019, 726: 77-82上。

简报作者: 郭贝贝责任编辑：黄阳

h-BN多孔纳米片上直接生长CN形成异质结构用于无金属光催化

基于二维层状材料的异质结构的构筑为催化材料的发展提供了新的可能和动力。在一种二维层状材料表面形成一层异质的层状材料，由于两种材料具有不同的功函数，可以使材料电子态发生改变，进而使材料表面的化学反应活性发生巨变。六方氮化硼(h-BN)和聚合CN都是具有二维层状结构的材料，前者具有宽的带隙、优异的化学稳定性、良好的热稳定性等，在催化应用上崭露头角，而后者在光催化和电催化上都已得到应用，如果将两者进行杂化，其催化性能可能进一步得到提高。韩国浦项科技大学的He等人使用硼酸和尿素合成了一种新的基于h-BN和CN杂化的二维异质结构，并通过调整掺入的尿素量改变BN与CN的比例，详细研究了材料的结构、表面化学和光催化活性的关系。研究表明，与纯的CN和负载Pt的BN相比，负载CN的h-BN在还原水制H₂和光催化制H₂O₂方面表现出了更优异的催化活性。CN/BN具有独特的异质结构，虽然光生电子从CN的导带转移到BN的导带后还原电位降低，但空穴转移到CN相，实现了更好的电荷分离，延长了电子的寿命，有利于提高光催化的整体效率。该成果发表在Nano Energy42（2017）58-68。

简报作者: 温志凯责任编辑：林靖，黄阳