表面键合水修饰h-BN协同CoP触发氨硼烷水解制氢的配位解离机制研究

本研究针对非贵金属催化剂在水解反应体系中活性不足的难题，创新性地设计出表面键合水修饰的h-BNOH负载CoP纳米片催化剂（CoP/h-BNOH）。通过磷诱导策略构建BOH-CoP双活性位点，实现NH3BH3水解制氢的协同催化，获得43 min-1的创纪录TOF值，为可再生能源存储提供了新型高效催化剂设计范式。

　　

在能源转型的全球背景下，氢能因其清洁高效特性成为替代化石燃料的理想选择。然而，氢气的储存与可控释放始终是制约其应用的瓶颈问题。氨硼烷（NH₃BH₃）作为颇具前景的化学储氢材料，其水解制氢过程需要高效催化剂驱动。当前贵金属催化剂虽性能优异，但高昂成本制约其规模化应用。如何设计兼具高活性和稳定性的非贵金属催化剂，成为氢能技术发展的关键挑战。

针对这一难题，中国国家自然科学基金委资助的研究团队在《Applied Catalysis B: Environment and Energy》发表了创新成果。研究人员独辟蹊径地利用六方氮化硼（h-BN）的表面修饰特性，通过氧化-水解两步法在h-BN表面构建B_OH活性位点，再结合磷诱导策略将钴磷化物（CoP）纳米片负载其上，成功制备出CoP/h-BN_OH复合催化剂。研究采用X射线光电子能谱（XPS）确认表面键合水结构，通过密度泛函理论（DFT）计算阐明活性位点作用机制，并建立标准化的催化性能测试体系。

设计并确认活性结构
通过高温氧化和碱处理在h-BN表面引入羟基，形成B=O键后水解生成B_OH。元素分析显示h-BN_OH含5.30%氢和3.44%氧，红外光谱证实了B-OH键振动峰。CoP纳米片在h-BN_OH表面均匀分布，形成紧密异质界面。

催化性能与机理研究
催化剂在NH₃BH₃水解中展现出43 min^-1的TOF值，循环5次后活性保持90%以上。DFT计算揭示B_OH位点通过降低水解离能垒（活化H₂O），而Co-P位点促进NH₃BH₃解离，双位点协同使决速步能垒降低2.3 eV。

结论与展望
该研究开创性地利用表面键合水调控h-BN电子结构，与CoP形成功能互补的活性中心。Yanyan Liu和Baozhong Liu等作者提出的"载体功能化-活性位点协同"策略，为设计非贵金属催化剂提供了新思路，对推动氢能技术实用化具有重要意义。研究获得国家杰出青年科学基金（22225202）等多项资助，实验得到北京大学纳米加工实验室支持。