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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日期： 2023年12月12日

作者：Super User

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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。