研究成果：《Ceramics International》报道了课题组朱建波等同学关于构建具有强疏水性和高传热性能的BN/BN复合气凝胶的论文

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Published on Tuesday: 12 December 2023

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近日，河北工业大学氮化硼材料研究中心朱建波等在期刊《Ceramics International》上发表题为：《Constructing BN/BN composite aerogels with strong hydrophobic properties and improved heat transfer capability》的研究论文。

氮化硼(BN)气凝胶材料是一类由微纳米级六方BN (h-BN)结构组装而成的三维轻质材料。BN气凝胶结合了h-BN材料的电绝缘性、热稳定性、疏水性、强吸附性和优异的化学惰性等优良性能，以及气凝胶的低密度、高孔隙率和独特的分层多孔网络结构等特点。许多研究者对氮化硼复合气凝胶的制备进行了研究，但对BN/BN复合气凝胶的研究还很有限。

河北工业大学氮化硼材料研究中心朱建波等同学通过在超声辅助冷冻干燥热解法制备BN气凝胶的基础上，将AB真空浸渍到BN气凝胶中，形成独特的AB/BN复合气凝胶。经过高温热解，可以得到一种新的多功能复合材料，即BN/BN复合气凝胶。与已有报道的BN/BN复合气凝胶相比，所制备的BN/BN复合气凝胶具有优越的BN性能。TG结果表明，BN/BN-150和BN/BN- 200气凝胶在氮气气氛下加热至1100^◦C时，热稳定性良好，重量损失仅为3.4%和2.4%。而且表现出较好的传热能力和疏水性，该成果发表在Ceramics International 49 (2023) 23538–23545上。

不同BN/BN复合气凝胶的TEM图像:(a) BN气凝胶，(b) BN/BN-50， (c) BN/BN-100， (d) BN/BN-150， (e) BN/BN-200;

(f - j)不同样品对应的HRTEM图像:(f) BN气凝胶，(g) BN/BN-50， (h) BN/BN-100， (i) BN/BN-150， (j) BN/BN-200。

研究成果：《Chemical Engineering Journal》报道课题组用于碘污染物吸附的氮化硼纤维自组装泡沫工作

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Published on Monday: 11 December 2023

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21世纪，核能以其安全，高效，价格低廉等优势而逐步成为传统化石燃料的替代能源。然而，核燃料产生的放射性碘具有高挥发性，半衰期长（129-152万年），易于在甲状腺富集并影响生物代谢等原因成为核事故中最大的隐患之一。碘的捕获和储存对于碘应用以及防控放射性碘泄漏都具有重要意义。目前，吸附被认为是最有效的碘捕获手段之一。到目前为止，已有多种用于捕获碘蒸气的多孔材料如沸石、活性炭、金属有机骨架、多孔有机笼等被开发出来。尽管目前已开发的多孔材料都显示出较高的碘吸附量，但是它们相对较差的热稳定性或化学稳定性会限制其实际应用，尤其是在恶劣环境下的长期服役。还值得注意的是，大多数碘吸附材料都是以粉末形式存在。由于粉末状吸附剂具有轻质且难以长时间稳定存在的特性，因此，考虑到核工业的实际工作环境时，很难对粉末材料进行实际应用。河北工业大学材料学院黄阳教授等人，成功制备出一种用于放射性碘吸附的氮化硼纤维自组装泡沫材料。具体制备方法如下：将硼酸和三聚氰胺以摩尔比例3：1溶解于去离子水中。混合溶液加热至95℃并保温4小时。随后，溶液转移至超声装置中并在高频超声下降温（降温速率 1℃/min）得到含硼和氮元素的分子结晶体。在这之后，将得到的固液混合物放入冷冻抽干机得到由密胺二硼酸纤维构成的三维块体。最终经过1100℃热解，密胺二硼酸块体原位转化为氮化硼泡沫。材料表征及实验结果表明：氮化硼泡沫对碘蒸汽的吸附量可以达到自身质量的212%。而其对正己烷溶液中的碘的吸附动力学曲线与伪二阶吸附动力学模型吻合，吸附等温线与弗兰德里奇模型吻合。此外，由于氮化硼泡沫具有出色的化学稳定性和热稳定性，可以通过在乙醇溶液中浸泡洗涤，或在氮气气氛下800℃热处理2小时来实现碘的解吸和氮化硼泡沫吸附剂的回收。该成果已发表在Chem. Eng. J., 382 (2020) 122833.

研究成果：《Journal of Power Sources》报道课题组杨雪同学关于多孔氮化硼纳米纤维负载CuCo颗粒催化氨硼烷水解制氢的论文

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Published on Tuesday: 12 December 2023

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近日，河北工业大学氮化硼材料研究中心杨雪等在《Journal of Power Sources》上发表题为《CuCo binary metal nanoparticles supported on boron nitride nanofibers as highly efficient catalysts for hydrogen generation from hydrolysis of ammonia borane》的研究论文。

氨硼烷（NH₃BH₃，简称AB）由于其高H₂储存密度（19.6 wt％）已成为理想的H₂储存材料之一。水解是从AB释放H₂的最有效方式，有效催化剂的开发已成为催化AB产生H₂领域的关键问题之一。到目前为止，已开发出各种非贵金属过渡金属（Cu，Co，Ni等）作为催化AB水解的替代贵金属的催化剂。然而，过渡金属在纳米尺寸时会发生聚集，掩盖活性位点，从而削弱它们的催化活性。因此，寻找合适的载体是改善催化剂催化效果的关键因素。多孔氮化硼不仅具有多孔材料的特性，如高比表面积和大孔体积，而且还具有h-BN材料的优异特性，包括高导热性，化学惰性和高抗氧化性。与多孔碳类似物相比，多孔BN的优异化学稳定性有利于它们作为催化剂载体时的循环性能。而且，特征sp² B-N键可能有助于纳米组分的稳定。此外，Neiner D等人报道，h-BN的存在可以降低AB水解反应的诱导时间和H₂释放的放热。因而多孔氮化硼可以是用于支持活性过渡金属物质以催化AB水解产生H₂的合适载体。

通过简单的浸渍还原方法成功地合成了Cu_0.4Co_0.6/BNNFs催化剂。平均直径为7.2 nm的金属纳米颗粒均匀地分散在氮化硼纳米纤维（BNNFs）上。由于Cu和Co物质的协同作用及颗粒在BNNFs上的高分散性，制备的催化剂在催化氨硼烷水解制氢方面展现出了优异的催化活性。同时，催化剂活性受金属元素含量和金属负载量的影响。在制备的催化剂中，Cu_0.4Co_0.6/BNNFs催化剂（颗粒负载量为15.6 wt％）的氢气生成速率为3387.1 mL min^-1 g^-1，总周转频率值为8.42 mol H₂ (mol cat)^-1 min^-1，活化能为21.8 kJ mol^-1，甚至低于贵金属催化剂的活化能。并且通过理论计算详细地解释了CuCo二元金属的协同效应，证实了h-BN载体与CuCo二元金属之间存在强烈的相互作用，从而提高了催化剂的催化活性。该研究表明多孔氮化硼在催化氨硼烷制氢领域具有广阔的应用前景。该成果发表在J. Power Sources (2019) 135-143上，DOI: 10.1016/j.jpowsour.2019.05.038。

研究成果：《ACS Applied Nano Materials》报道胺基功能化多孔氮化硼纳米纤维负载AuPd双金属纳米粒子催化甲酸脱氢的论文

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Published on Monday: 11 December 2023

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近日，河北工业大学氮化硼材料研究中心的学生郭贝贝在黄阳教授的指导下在《ACS Applied Nano Materials》上发表题为《Bimetallic AuPd Nanoparticles Loaded on Amine-Functionalized Porous Boron Nitride Nanofibers for Catalytic Dehydrogenation of Formic Acid》的研究论文。

甲酸具有无毒害、易于保存和运输、常温常压下稳定的优点，是一种具有潜力的储氢载体。储存在甲酸中的氢气可以在催化剂的作用下释放出来生成H₂和CO₂，但是也可能存在甲酸脱水的副反应，从而生成CO和H₂O。纳米颗粒由于能暴露能多活性位，所以通常有较高的活性，然而纳米尺度下的颗粒拥有较高的表面能，易发生团聚，导致催化剂的性能变差。将载体引入纳米催化剂中用于分散纳米粒子，制备复合催化剂是一种有效改善催化剂催化性能的策略。因此，制备具有高选择性和活性的催化剂用于催化甲酸脱氢十分必要。

本项研究中，采用胺基功能化的多孔氮化硼纳米纤维作为载体，通过浸渍还原法制备了对催化甲酸脱氢具有100% 氢气选择性、TOF值为1181.1 h^-1的复合催化剂。实验结果表明胺基功能化的BNNFs在制备小粒径的AuPd和促进甲酸脱氢反应中起到了十分重要的作用。

催化剂的制备及其催化甲酸脱氢可能存在的反应路径