Лаборатория цифрового материаловедения

Изучены методы синтеза 2D h-BN, а также h-BNxOy, используя бор-оксидную CVD технологию, плазмохимический синтез из BCl3 и NH3, а также прямую реакцию борной кислоты с аммиаком. Показана эффективность синтеза нанокристаллического h-BN с размером кристаллитов 6-10 нм при восстановлении борной кислоты в аммиаке. Изучена функционализация поверхности нитрида бора атомами водорода в водородной СВЧ плазме. Показано, что такая обработка приводит к увеличению межплоскостного расстояния вдоль оси с на 6-7%, что связано с гидрированием нитрида бора. Изучена функционализация поверхности нитрида бора атомами хлора и фтора при его высокотемпературной обработке с хлористым и фтористым аммонием. Разработан метод функционализации нитрида бора в растворе плавиковой кислоты, который позволяет создавать структурные дефекты на поверхности нитрида бора.

Показана эффективность метода каталитического травления частиц порошка h-BN наночастицами серебра с целью формирования дефектной структуры. В результате воздействия наночастиц серебра при высокой температуре (950°C) происходит формирование пор на поверхности пластины h-BN на глубину несколько атомных слоев. Аналогичная термообработка без наночастиц Ag приводит к формированию пор только в поверхностном слое h-BN. Применение порошка, состоящего из дефектных частиц h-BN, в качестве подложки позволяет сформировать на их поверхности наночастицы переходных металлов с размером менее 1 нм.

Синтезированы катализаторы Me/h-BNxOy, (где Me = Cu, Ni, Pt) и исследована их каталитическая активность. Показано, что замещение азота кислородом в нитриде бора приводит к повышению его каталитической активности. Установлено, что наличие кислородных центров приводит к повышению каталитической активности платины, но ингибирует активность меди и никеля, что связано с различным перераспределением электронной плотности в этих металлах.

Показана возможность использования фталоцианиновых комплексов в качестве прекурсоров одноатомных катализаторов на основе железа. Нанесение фталоцианина железа на поверхность h-BN приводит к формированию одиночных атомов, при этом, окисление органического каркаса не оказывает существенного влияния на содержание металла. Полученные Fe1/h-BN системы показали активность в реакции окисления СО с температурой начала конверсии 150°C.

Для исследования возможности имплантации металлов в приповерхностные слои нитрида бора было проведено моделирование с помощью метода молекулярной динамики с энергиями атомов металлов ~ 10^1 эВ. Была оценена энергия, при которой доля атомов металлов, залегающих между первых и вторым слоем h-BN максимальна. Затем, в рамках теории функционала электронной плотности было проведено теоретическое исследование каталитической активности системы h-BN с имплантированным атомом металла. В качестве модели h-BN c дефектом была рассмотрена двухслойная плёнка с вакансией по бору, расположенной в верхнем слое. Атом переходного металла помещался под вакансией между слоями из предположения формирования такого дефекта в результате облучения h-BN ионами металла. В качестве индекса активности описанного центра использовано изменение полной энергия системы в теории функционала плотности в процессе диссоциативной адсорбции метана на дефекте. Из всех металлов активными являются атомы конца периодов переходных металлов, начиная с Ni. При этом, только для Cu и Ag наблюдалась значительная намагниченность краевых атомов азота вакансионного дефекта. Очевидно, что это обстоятельство играет определяющую роль в активности данного центра в радикальном механизме отрыва водорода метана.