据一个国际研究小组称，证明一种被认为始终具有化学惰性的六方氮化硼 (hBN) 材料可以具有化学活性，这对于具有广泛应用的新型催化剂具有潜力。

hBN 是一种分层材料，单层可以像石墨烯一样被剥离，石墨烯是另一种二维材料。但是，两者之间存在关键区别。

“虽然 hBN 与石墨烯具有相似的结构，但硼原子和氮化物原子之间的强极性键使 hBN 与石墨烯不同，因为它在高温下具有化学惰性和热稳定性，”宾夕法尼亚州立大学物理学博士后和第一任研究员 Yu Lei 说。该研究的合著者发表在《今日材料》上。

如果 hBN 具有化学活性而不是惰性的，那么它将使其具有更多用途，包括成为一种类似于石墨烯的有用、经济高效的催化剂载体。这对于实际应用非常有用，例如在以汽油为动力的汽车中，或者将碳转化为帮助减少温室气体到其他产品中。

密歇根州立大学化学工程和材料科学助理教授何塞·门多萨-科尔特斯 (Jose Mendoza-Cortes) 说：“汽油车中的催化转化器含有贵金属铂，可将有害气体转化为危害较小的气体。” “然而，这是昂贵的，因为你需要投入大量的铂原子进行催化。现在想象一下，你只需要投入一两个，仍然可以获得相同的性能。”

铂还用作许多其他类型实际化学反应的催化剂，执行转化的铂原子通常在表面，而下面的只是作为结构支撑。

“在这项研究中，我们使用有缺陷的 hBN 作为结构支撑，它更便宜，同时暴露大部分铂原子进行化学反应，”门多萨-科尔特斯说。

hBN 中的缺陷是材料化学活性的关键。研究人员通过一种称为低温铣削的过程在材料中制造缺陷，即小孔，该过程涉及对材料进行过冷，然后通过低温研磨将其减少。

这些孔非常小，一次只能容纳一两个贵金属原子。由于填充空穴的 hBN 的反应性，通过混合金属盐，可以在 hBN 衬底上沉积一个或两个原子那么小的纳米结构。

“由于氮化硼不与任何物质发生反应，如果您将铂、金或银盐还原成单个原子并将它们放置在氮化硼上的缺陷（孔）中，您就可以使用这种“多孔”hBN 作为催化剂的载体表面，”宾夕法尼亚州立大学 Verne M. Willaman 物理学教授、化学和材料科学教授 Maurico Terrones 说。“这是全新的东西，这就是我们在这里展示的。”

证明这一点很重要，因为之前人们认为如此惰性的材料永远不会变得具有化学活性。

“这个项目最困难的部分是让研究界相信，像 hBN 一样惰性的材料可以被激活以具有化学反应性，并作为催化剂载体，”雷说。“在审查我们的研究的过程中，审查者建议的额外实验改进了工作并有助于说服社区。”

实验涉及在材料表征实验室 (MCL) 中使用高端设备，该实验室是宾夕法尼亚州立大学材料研究所的一部分。计算和理论计算是在密歇根州立大学的材料、工艺和量子模拟中心 (MUSiC) 实验室和网络支持研究所完成的。

“所以，我们想知道材料中存在哪些类型的缺陷，以及我们如何证明我们存在缺陷而不是其他缺陷？” 特罗内斯说。“因此，我们进行了所有这些非常详细的表征，包括同步辐射，以证明我们所拥有的实际上是单原子铂，而不是铂簇。”

除了实验之外，该团队还使用建模来证明他们的概念。

Mendoza-Cortes 说：“我们通过计算和实验证明并证明了我们可以制造出非常小的孔，以至于它们当时只能容纳 1 或 2 个原子的贵金属。”

化学活性 hBN 的应用潜力是多种多样的，包括更具成本效益的催化剂、能量存储和传感器。此外，他们的技术有可能用于活化其他惰性材料或使用其他（贵）金属。

“我认为我们正在证明应该是惰性的材料可以通过在材料上产生和控制缺陷来激活，”Terrones 说。“我们证明了必要的化学反应发生在原子水平。如果它适用于氮化硼，它应该适用于任何其他材料。”