Startseite > Ausstellung > Inhalt

Funktionelles hexagonales Bornitrid zur Energieumwandlung und -speicherung

Jul 18, 2020

Abstrakt:

Energieumwandlungs- und Speichermaterialien haben große Aufmerksamkeit erhalten, da die fossilen Brennstoffe allmählich zur Neige gehen und sich der Klimawandel abzeichnet. Hexagonales Bornitrid (h-BN) wird aufgrund seiner chemischen Inertheit und schlechten elektronischen Leitfähigkeit normalerweise nicht als vielversprechendes Material für diese Anwendungen angesehen. Durch physikalische und chemische Modifikation zeigt h-BN jedoch einstellbare Eigenschaften, die es für die Energieumwandlung und -speicherung interessant machen. Die ausgezeichnete Stabilität und die umweltfreundliche Natur machen von h-BN abgeleitete Materialien besonders attraktiv für Anwendungen mit grüner Energie. In diesem Aufsatz untersuchen wir die Studien zu strukturellen und chemischen Eigenschaften funktionalisierter h-BN-Materialien sowie deren energiebezogene Anwendungen. Die Forschungsfortschritte bei der Energieumwandlung und -nutzung wie elektrochemischer Katalyse, Photokatalyse und selektiver oxidativer Dehydrierung werden überprüft. Energiespeicheranwendungen, einschließlich wiederaufladbarer Batterien, Superkondensatoren und Wasserstoffspeicher, werden ebenfalls vorgestellt. Abschließend diskutieren wir die Zukunft und Herausforderung für funktionalisiertes h-BN bei der Energieumwandlung und -speicherung.

Schlussfolgerungen:

Chemisch inertes h-BN war bis vor kurzem nicht umfassend auf Energieumwandlung und -speicherung untersucht worden. Mit den Fortschritten bei physikalischen und chemischen Modifikationen weist funktionalisiertes h-BN einzigartige Eigenschaften wie abstimmbare Bandlücken und hohe Porosität auf, die verschiedene energiebezogene Anwendungen ermöglichen. Die chemische und thermische Gesamtstabilität von h-BN macht es als Träger für katalytische Reaktionen wirksam. Darüber hinaus sind die B- und N-Atome an den Rändern noch reaktiv genug, um Bindungen wie B-O und B-OH zu bilden, die die Metalloxidation und Alkan-Dehydrierung katalysieren können. Die leicht erreichbare große Oberfläche von h-BN-Strukturen erleichtert nicht nur die Wasserstoffspeicherung, sondern bietet auch aktivere Zentren für katalytische Reaktionen. Die Einstellung der Bandlücke unter Verwendung von Heteroatomen eröffnet die Möglichkeit, Materialien auf h-BN-Basis als metallfreie Katalysatoren für die Photokatalyse einzusetzen. Die Grenzflächen- und Defekttechnik kann in einigen Fällen die elektronische Struktur von h-BN und auch die darunter liegenden Metallträger modifizieren und Systeme mit interessanten elektrochemischen katalytischen Eigenschaften bereitstellen.

In vielen Fällen gibt es jedoch Lücken zwischen theoretischen und experimentellen Studien. Dies ist hauptsächlich auf das Fehlen von Methoden zur genauen Kontrolle der Atomzusammensetzung von Dotierstoffen und funktionellen Gruppen zurückzuführen. Beispielsweise werden in den Fällen von C-dotiertem BNNS typischerweise getrennte C- und BN-Domänen gebildet, 189 und folglich entstehen unkontrollierbare Eigenschaften. Es bleibt viel Platz für die Feinabstimmung des Energiespeichers und der katalytischen Leistung durch Funktionalisierung und Dotierung mit verschiedenen Elementen. Neuartiges Vorläuferdesign mit günstigen Atomgehalten, Positionen von Dotierstoffen und funktionellen Gruppen kann zu einer kontrollierbaren Funktionalisierung führen, die eine mögliche Lösung für das oben genannte Problem bietet. Darüber hinaus kann der Fortschritt in der Elektronenmikroskopie, der die räumliche und chemische Auflösung einzelner Atome ermöglicht, die Charakterisierung von funktionalisiertem h-BN besser erleichtern und wiederum das Design und die Synthese von h-BN zur Energieumwandlung und -speicherung unterstützen.