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  • 多孔氮化硼,会是催化剂载体界的一匹黑马吗?

    时间:2019-06-25 16:28 作者:长玉特陶

           多孔材料是优秀的催化剂载体已不是一件新鲜事了,多孔带来的大比表面积不仅能分散和稳定纳米粒子,使催化剂能够最大限度发挥其作用,还能降低它的使用量、提高它的寿命。像氧化铝、碳化硅、碳材料等,都是常见的催化剂载体材料。

            相比之下,多孔氮化硼在这方面的应用就鲜有报道了。氮化硼本身便具有宽带隙、高热导率、抗氧化性等优异的物理化学性能,在高温、高频、大功率、光电子及抗辐射等方面具有巨大的应用前景。氮化硼中常用的有立方氮化硼(c-BN)及六方氮化硼(h-BN),而催化剂载体的研究基本集中在后者上。




    多孔氮化硼TEM图像


           h-BN的晶体结构具有类似石墨的层状结构,有着优异的化学物理性质,不仅具有良好的疏水性能,而且还具有较强的耐腐蚀性能,这些性质使得h-BN在吸附、储氢、催化等领域逐渐受到重视,而很多研究者将其视为优异的催化剂载体。

    一、多孔氮化硼作为催化剂载体具有什么优势?

           与传统氧化物载体、多孔碳载体相比,多孔氮化硼材料具有良好的高温稳定性和抗酸碱腐蚀性能,即使在较高温度下,其化学性能及热性能变化很小,尤其是氮化硼材料能使负载的贵金属(Pt)更好地保持还原态,在深度氧化等反应中表现出优于传统催化剂载体的性能。


    银纳米颗粒与氮化硼的混合结构,用于催化转化CO


    二、是否存在不足?

           目前学者们已经研究出很多制备高比表面积氮化硼的方法,常用的有水(溶剂)热法、化学气相沉积法、模板法等,但它们多少都存在一些缺点,使得多孔氮化硼载体目前还不能很好地适应工业化生产。

           ①模板法:模板法是以模板为主体构型去控制、影响和修饰材料的形貌、控制尺寸进而决定材料性质,根据所用模板性质不同,该方法分为以共价键维持其特定结构的硬模板和以分子内的弱相互作用维持其结构的软模板两大类。采用硬模板可以将模板的孔结构复制到氮化硼中,得到高比表面的多孔氮化硼材料,但此法虽然可以有效控制孔的大小,但是过程繁琐;而软模板法就更不适合了,与硬模板法相比它不仅制备周期更长而且成本也更高。


    具有代表性的两种有序介孔材料的合成路线

    (a)软模板法;(b)硬模板法


           ③水(溶剂)热法:水(溶剂)合成法是将水溶液(或者有机溶剂)作为反应载体,然后在高温(100℃-1000℃)、高压(1MPA-1GMPa)的反应条件下,反应物重新结晶。但这个方法的缺点在于,一是制备过程中对反应条件控制难,难以控制生成目标孔结构;二是产率较低,不利于工业化生产。

           ②化学气相沉积法:化学气相沉积法又称催化裂解法。该方法原理是应用气态物质在固体上发生化学反应并产生固态沉淀物的一种工艺。这种工艺的优势在于制备原理简单、原料成本较低;缺点则是过程可控性低,不适合工业生产。

    综上所述,寻找一种能稳定制备高比表面、高晶化度、稳定性更好的多孔氮化硼材料的工艺将是未来的发展方向。

    三、总结

           虽然在成本上,多孔氮化硼材料目前还比不过数种已被广泛应用的材料,但它最大的优势在于能够对价格昂贵、易团聚的贵金属纳米催化材料进行有效的分散,从而最大限度地利用其催化活性,大大降低其用量。也就是说,Pt等贵金属纳米催化剂的发展,与多孔氮化硼等高性能催化剂载体是离不开关系的。

           随着在能源、催化和生物等领域应用的拓展,多孔氮化硼材料的控制合成和性能研究将越来越受到重视。假以时日,当多孔氮化硼的制备技术进步至可稳定工业生产的阶段,它的优秀性能必将为它带来一片广阔的应用前景。


    资料来源:

    新型多孔氮化硼材料,刘栋,唐成春,薛彦明,李杰。

    多孔氮化硼的制备、活化及其重金属高温吸附特性研究,翟振宇。

    构筑六方氮化硼负载铂基催化剂用于催化氧化柴油脱硫研究,吴迎城。



    摘自BETVLCTOR伟德下载圈




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