Highly efficient hydrogen production from methanol by single nickel atoms anchored on defective boron nitride nanosheet

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作者
Shengshu Yang,Fang Zhang,Haifa Qiu,Ming Yang,Fengjuan Qin,Hao Tang,Wenxing Chen,Zhengang Liu
出处
期刊:Nano Research [Springer Science+Business Media]
卷期号:16 (7): 8800-8808 被引量:12
标识
DOI:10.1007/s12274-023-5515-3
摘要

Exploiting inexpensive and effective nickel-based catalysts that produce hydrogen from liquid organic hydrogen carriers (LOHCs) is crucial to alleviating the global energy and environmental crisis. In this study, we report a rational strategy that can realize atomically dispersed Ni atoms anchored on vacancy-abundant boron nitride nanosheets (Ni1/h-BNNS) with high specific surface area (up to 622 m2·g−1) and abundant hydroxyl groups for high efficient hydrogen production. Methanol dehydrogenation results show an excellent hydrogen production performance catalyzed by this Ni1/h-BNNS, as evidenced by a remarkably high H2 yield rate (1684.23 $${\rm{mol}} \cdot {\rm{mo}}{{\rm{l}}_{{\rm{Ni}}}}^{-1} \cdot {{\rm{h}}^{-1}}$$ ), nearly 100% selectivity toward hydrogen and CO, and high anti-coking performance. Density functional theory (DFT) calculations reveal that the outstanding catalytic performance of Ni1/h-BNNS primarily originates from the unique coordinated environment of atomically dispersed Ni (Ni-B2O2) and the synergistic interaction between Ni single atoms and the h-BNNS support. Specifically, the coordinated O atoms play a decisive role in promoting the activity of Ni, and the neighboring B sites significantly decrease the energy barriers for the adsorption of key intermediates of methanol dehydrogenation. This study offers a novel strategy for developing high-performance and stable single-atom Ni catalysts by precisely controlling single-atom sites on h-BN support for sustainable hydrogen production.
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