冈山大学 氮化硼和碳结构示意图以及在多孔氮化硼和碳材料上的吸附能力
信用:2021田崎敬浩大久保 太阳能电池储能技术和水净化技术有什么共同点？它们都依赖于使用多孔材料，或者更具体地说，使用“纳米多孔”材料，这些材料可以将气体分子截留在它们表面的狭窄空间内，这些空间被称为孔隙，只有纳米(十亿分之一米)大小
用化学术语来说，这种现象被称为吸附，在不同组成、孔径甚至孔几何形状的多孔材料的合成中发挥了重要作用
传统上，活性炭(活性炭，或多孔形式的碳)是一种受欢迎的吸附剂的实际应用，因为它的吸附能力高于其他多孔材料
然而，最近，多孔氮化硼(p-BN)因其令人印象深刻的性能而成为一种有前途的替代品，最近的一项研究强调，p-BN在室温下可以吸附相对大量的二氧化碳
现在，日本冈山大学和长崎大学的一组科学家在他们的最新研究中对这一说法进行了检验，他们详细研究了磷-氮化硼的吸附特性
“一个氮化硼单元和两个碳原子(我
e
，CC)都具有相同数量的电子和相似的结构，但是它们与气体分子的相互作用是不同的，这是由于BN的原子异质性
尽管如此，对氮化硼材料的研究却很少
在我们的研究中，我们想看看氮化硼是否具有在碳材料中无法观察到的特殊吸附特性
冈山大学的田崎敬浩·大久保领导了这项发表在《皇家莎士比亚戏剧协会进展》杂志上的研究
首先，科学家们在氮气存在的高温条件下合成了磷氮化硼样品，并使用x光衍射、红外光谱分析和高分辨率电子显微镜研究了它们的结构
这些样品只是在合成温度上有所不同
尽管x光衍射数据和红外光谱显示所有样品的非晶相(缺乏明确的结构)BN包括六方相BN (h-BN)微晶，但在1673K(1400℃)下处理的样品(称为p-BN-1673)显示出最有序的结构
在电子显微镜下检查后，科学家们发现这个样品是由弯曲的薄片堆叠而成，中间形成纳米大小的孔
科学家们接着观察了样品的热重曲线，以评估它们的抗氧化稳定性，并发现它与合成温度直接相关，温度越高，稳定性越高
此外，一些额外的碳和氧物种被引入到氢氮化硼的晶体框架中，特别是在磷氮化硼-1473中，产生了氮吸附的化学活性位点
虽然这些物质通常会降低氧化稳定性，但氢氮化硼的结晶度有助于在正常条件下将其保持在973 K以下——这是碳基吸附剂所不具备的特性
最后，通过比较磷-氮化硼和活性炭以氮气和氩气作为吸附质的气体吸附能力，科学家观察到磷-氮化硼孔隙比氩气更强地吸附氮气，并且吸附量比活性炭大得多(约150%-200%)
他们将这一观察归因于氮和磷氮化硼孔隙之间的额外物理相互作用，而氩不存在这种作用，以及浸渍的碳和氧物种在磷氮化硼中产生吸附位点
有了这些结果，博士
大久保和他的团队对磷氮化硼作为下一代吸附材料的出现充满信心
“鉴于其优越的氧化稳定性和吸附性质，我们期待多孔氮化硼作为一种新型吸附剂和催化剂载体材料的应用，特别是在使用碳吸附剂不可行的情况下，”Dr
Ohkubo
看来碳在另一个方面即将过时
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