PNAS:富含缺陷BN納米片負載超小鎳納米糰簇促進甲醇高效脫氫

2021-02-25 催化計

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利用液態有機氫載體（LOHC）來運輸氫取決於有效的化學脫氫方法來獲取這種燃料。雖然過渡金屬基催化劑有望成為傳統貴金屬的低成本替代品，但其低活性和穩定性限制了其在工業脫氫反應中的應用。因此，就LOHC脫氫的活性和穩定性而言，開發有效的策略以優化廉價的過渡金屬基催化劑的催化性能是一項關鍵挑戰。

有鑑於此，美國勞倫斯伯克利國家實驗室的Jeffrey J. Urban, Gabor A. Somorjai, David Prendergast等人，報導了沉積在富含缺陷的BN納米片（Ni/BN）催化劑上的超微小鎳納米糰簇（～1.5 nm）的設計和合成，該催化劑具有優異的甲醇脫氫活性和選擇性，並且比其他一些過渡金屬基催化劑具有更高的穩定性。

本文要點

要點1. 研究發現二維（2D）BN與金屬納米粒子之間的金屬-載體相互作用不僅在促進具有高催化活性的超小型鎳納米糰簇的一鍋合成中起著至關重要的作用，有助於分散和固定納米糰簇，而且還大大增強了甲醇脫氫過程中的抗燒結和結焦性。與先前報導的其他一些脫氫催化劑相比，該催化劑的周轉頻率（TOF）是最好的。

要點2. Ni/BN催化劑樣品在反應溫度低至120℃時，對甲醇分解具有良好的活性，證實了該催化劑具有良好的催化活性。而且，Ni/BN催化劑對H2和CO的選擇性接近100%，經過超過10 h的測試，Ni/BN催化劑未見明顯失活，說明Ni/BN催化劑用於甲醇脫氫的穩定性。

要點3. 提供了詳細的光譜表徵和密度泛函理論(DFT)計算來揭示鎳/氮化硼納米催化劑所表現出的高生產效率、高選擇性和高耐用性的起源，並闡明其與納米糰簇尺寸和載體-納米糰簇相互作用的相關性。

總之，該工作揭示了載體材料在納米糰簇形成過程中通過固定化控制納米糰簇大小以及在催化活性過程中發揮的作用，對於推進自下而上設計高性能、耐用的催化系統以滿足各種催化需求具有重要意義。

Zhuolei, Z. et al. Enhanced and stabilized hydrogen production from methanol by ultrasmall Ni nanoclusters immobilized on defect-rich h-BN nanosheets. PNAS, 2020.

DOI: 10.1073/pnas.2015897117

https://www.pnas.org/content/117/47/29442

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