氧化调控负载催化剂实现氮化硼纳米管选择性CVD生长的低温合成策略

《Journal of Materials Chemistry A》：Selective CVD growth of boron nitride nanotubes via oxidation control of supported catalysts

本研究针对氮化硼纳米管（BNNT）合成依赖高温工艺的难题，开发了Ni-Pd/MgO负载型催化剂，通过调控MgO载体氧化态，在1100°C实现了高结晶度BNNT和MgO-BN核壳纳米线的选择性生长。长达50μm的核壳结构经酸处理可转化为BNNT，为大规模生产提供新途径，DFT分析揭示了催化剂准液态变形与h-BN相互作用驱动的尖端生长机制。

　　

通过精准调控负载型催化剂的氧化状态，研究人员成功实现了氮化硼纳米管（BNNT）的低温选择性合成。与已实现规模化生产的碳纳米管（CNT）不同，目前BNNT的合成仍高度依赖高温工艺。本研究设计了一种新型Ni-Pd/MgO合金负载催化剂，巧妙利用镍（Ni）和钯（Pd）分别对氮和硼的高催化活性，以及合金的低共晶点特性。

在相对较低的1100摄氏度（1100 °C）反应温度下，通过控制氧化镁（MgO）载体的氧化态，能够选择性制备出高结晶度的BNNT或长度超过50微米（50 μm）的MgO-BN核壳纳米线。尤为重要的是，这些核壳纳米线经过简单的酸处理和退火后即可转化为BNNT，为大规模生产提供了切实可行的替代方案。

借助透射电子显微镜（TEM）和密度泛函理论（DFT）分析，研究揭示了BNNT的尖端生长机制：Ni-Pd催化剂因其降低的共晶点而发生准液态变形，并在与六方氮化硼（h-BN）的强相互作用下被"抬升"，从而驱动纳米管的生长。这项催化剂设计与生长机理研究，为BNNT的低温规模化生产奠定了关键基础，并通过优化催化剂组成与反应条件，展现出进一步提升合成效率的巨大潜力。