h-BN 泡沫吸收 C O 2 ， 循环 2000 次，吸附量 340%（附原文） 诸平 据物理学家组织网（ Phys.org ） 2017年8月16日转载美国化学会主办的杂志 ACS Nano 的消息，美国赖斯大学（ Rice University ）的科学家研究发现，氮化硼（ boron nitride） 泡沫可以吸收CO 2 ,图1就是用聚乙烯醇进行处理之后的六方氮化硼 （ hexagonal- boron nitride简称h-BN）的 泡沫块，已经证明它能够吸附其自身 重量三倍多的CO 2 。 Fig. 1 Blocks of hexagonal-boron nitride foam treated with polyvinyl alcohol proved able to adsorb more than three times its weight in carbon dioxide. The reusable material was created at Rice University. Credit: Ajayan Research Group/Rice University 美国 赖斯大学的材料科学家已经从二维六方氮化硼（ h-BN ）薄片 创造出 一种可以吸收CO 2 的轻 泡沫。 他们发现冻干的h-BN在液体中分解后可以将其转变成大规模的泡沫。 但是向混合物中添加少量的聚乙烯醇( polyvinyl alcohol简称 PVA)之后，可以使其转变为一种更稳定和更有用的材料。根据赖斯大学进行此项研究的 材料科学家 普里克尔·阿杰安（ Pulickel Ajayan ）的介绍，此种 泡沫具有高度多孔，而且其属性可以 进行 调控，可以应用于 空气过滤器以及作为 气体吸收 材料。相关研究结果于2017年8月3日已经 在美国化学学会主办的杂志 ACS Nano 网站上发表—— Peter Samora Owuor , Ok-Kyung Park , Cristiano F. Woellner , Almaz S. Jalilov , Sandhya Susarla , Jarin Joyner , Sehmus Ozden , LuongXuan Duy , Rodrigo Villegas Salvatierra , Robert Vajtai , James M. Tour , Jun Lou , Douglas Soares Galvão , Chandra Sekhar Tiwary , Pulickel M. Ajayan . Lightweight Hexagonal Boron Nitride Foam for CO 2 Absorption .（点击可以下载原文） ACS Nano ， Publication Date (Web): August 3, 2017 . DOI: 10.1021/acsnano.7b03291 . 参加此项研究的除了美国赖斯大学化学系、材料科学与纳米工程系的研究人员之外，还有韩国全北国立大学（ Chonbuk National University ）、美国洛斯阿拉莫斯国家实验室（ Los Alamos National Laboratory ）以及巴西 坎皮纳斯州立大学（ State University of Campinas ）的科学家。研究者指出， 聚乙烯醇在其中的作用其实就是一种粘合剂，它被加入到含有 h-BN薄片的溶液中进行混合,当将混合液 冻干时，聚乙烯醇与 h-BN微片 结合自排列成一种格子。此 步过程是可拓展的。此项研究的合作者、也是美国赖斯大学的 博士后研究者 钱德拉·谢卡尔·特瓦利（ Chandra Sekhar Tiwary）说： “即使少量PVA发挥作用,也 有助于使 h-BN薄片之间连接在一起而导致 泡沫变得僵硬起来，但是,其 表面积并未受到影响， 几乎没有丝毫改变。” 在 分子动力学模拟（ molecular dynamics simulations ）过程 中，此泡沫会吸附其自身重量的340%的CO 2 。被吸附的CO 2 气体可以通过蒸发使其从吸附材料中解析出来,此吸附材料可以多次重复使用。 压缩试验结果表明，反复使用2000次此泡沫竟然变得更加坚硬。 Fig. 2 A microscope image shows the high surface area of hexagonal-boron nitride foam glued together with polyvinyl alcohol. The tough, light foam can be used to soak up carbon dioxide or as a material to shield biological tissues from lasers. Credit: Ajayan Research Group/Rice University 图2是显微镜图像显示出h-BN 泡沫 与聚乙烯醇粘在一起 的高表面积。 这种坚硬的、轻型泡沫可以用 来吸收CO 2 或作为一种材料来保护生物组织不受激光的影响。当采用另一种聚合物即 聚二甲基硅氧烷（Polydimethylsiloxane简称 PDMS）进行涂饰时,此 泡沫 成为一种有效的保护材料，可以免遭激光影响，因此它可以用于生物医学、电子产品以及一些其他应用。 最终,研究人员想要控制材料孔的大小，以便适宜于特定的应用,如从水中分离油品。 模拟工作是由合著者、巴西 坎皮纳斯州立大学 和美国赖斯大学 联合培养的 博士后研究者 克里斯蒂亚诺 ·沃尔勒（ Cristiano Woellner ）作为模拟实验的指导。 克里斯蒂亚诺 ·沃尔勒 说：“实验与理论计算相结合对于了解h-BN与粘合剂组成 的力学响应 是非常 重要的,通过模拟可以是实验研究者 提前了解他们将如何对其混合体系进行改进。” Fig.3 A molecular dynamics simulation shows polyvinyl alcohol molecules of carbon (teal), oxygen (red) and hydrogen (white) binding two-dimensional sheets of hexagonal-boron nitride (blue and yellow). The reusable material created at Rice University can sequester more than three times its weight in carbon dioxide. Credit: Ajayan Research Group/Rice University 图3的分子动力学模拟结果显示，聚乙烯醇分子的碳(青色)、氧(红色)和氢(白色)与h-BN( 蓝色和黄色 )的二维薄片结合在一起 。莱斯大学创建的可重用的材料可以吸收CO 2 ,吸附量使其吸附材料自重的三倍多。更多信息请注意浏览原文或者相关其他报道。 Graphene foam gets big and tough: Nanotube-reinforced material can be shaped, is highly conductive Boron nitride foam soaks up carbon dioxide Abstract Weak van der Waals forces between inert hexagonal boron nitride (h-BN) nanosheets make it easy for them to slide over each other, resulting in an unstable structure in macroscopic dimensions. Creating interconnections between these inert nanosheets can remarkably enhance their mechanical properties. However, controlled design of such interconnections remains a fundamental problem for many applications of h-BN foams. In this work, a scalable in situ freeze-drying synthesis of low-density, lightweight 3D macroscopic structures made of h-BN nanosheets chemically connected by poly(vinyl alcohol) (PVA) molecules via chemical cross-link is demonstrated. Unlike pristine h-BN foam which disintegrates upon handling after freeze-drying, h-BN/PVA foams exhibit stable mechanical integrity in addition to high porosity and large surface area. Fully atomistic simulations are used to understand the interactions between h-BN nanosheets and PVA molecules. In addition, the h-BN/PVA foam is investigated as a possible CO 2 absorption and as laser irradiation protection material. Keywords: CO 2 absorption ; h-BN ; MD simulation ; PVA ; three-dimensional materials
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