当氮化硼遇上金属，防腐、脱模、催化等应用也很耀眼！

极端条件的理想金属防腐材料

近代工业发展过程中，每年由于金属腐蚀造成的资源浪费十分巨大，因此金属防腐问题一直是人们关注的重点。在众多防腐技术中，涂层保护因其经济性和实用性成为最常用的防腐技术之一。由于工业生产过程中导致腐蚀的诱因往往不止一种，因此防腐涂层往往需要多种材料配合使用，以达到良好的防腐效果。

在氮化硼防腐领域的相关研究中，研究人员通过可溶性导电聚合物（2-丁基苯胺）（PBA）将层叠的六方氮化硼剥离制备少层的氮化硼纳米片，再将其加入环氧涂层中，以此得到防腐性能增强的复合纳米涂层。这种方法制备的复合纳米涂层其防腐性能得到了显著提高，其中导电聚合物PBA不仅用于剥片，同时也作为缓蚀剂，通过钝化金属来延缓腐蚀。

氮化硼粉体

涂层中分散的氮化硼相当于延长了腐蚀介质的扩散路径，即有效阻隔了水分子、离子、氧的渗入，延缓腐蚀，同时，可溶性的导电聚合物（2-丁基苯胺）（PBA）可使金属基板表面形成一层致密的钝化膜，有效阻隔金属表面的腐蚀，这是一种“阻隔与钝化协同效应”的防腐机制，证明了氮化硼在金属防腐领域能得到有效利用。

在某些特殊环境下，设备发热量高，防腐涂层除了需要具有优异的防腐性能外，还需要良好的散热能力。而氮化硼具有优异的导热性，尤其是在高温环境下其导热性无明显变化。因此也可以作为高导热防腐涂料的理想材料选择。

六方氮化硼涂层是惰性无机高温润滑材料，不粘结，不渗入熔融金属液，能完全保护与熔融铝、镁、锌合金和熔渣直接接触的耐火材料或陶瓷容器的表面，防止金属腐蚀，大大延长使用寿命。而我们知道钛合金具有较高的比强度、优良的耐腐蚀性能和较好的高温力学性能，是航空、航海、化工和生物工业的重要材料之一。

六方氮化硼超细粉体

但钛合金耐磨性较差，用作摩擦件时，易磨损而造成部件失效。为了提高钛合金的耐磨性，需要进行表面处理。提高钛合金耐磨性的方法有很多：化学热处理可以通过在钛合金表面渗碳、氮化形成TiC、TiN等硬化层来提高耐磨性，但需要对工件进行整体加热并长时间保持，这会影响基体材料的微观结构，进而影响其力学性能；由于工件变形引起的热应力，电镀、化学镀可在钛合金表面制备Cr、Ni-P等耐磨层，但电镀、化学镀对环境污染大，正在被取代通过其他进程。

于是市场上出现了二元或多元氮化物层，其中六方氮化硼涂层的应用最为突出，六方氮化硼具有良好的减摩效果，通过激光熔覆处理工艺对钛合金基体表面制备金属/六方硼氮化物复合涂层，实现与钛合金基体冶金结合的复合涂层。

用作脱模剂，尽显优势本色

氮化硼的摩擦系数非常低，自润滑性能优异，甚至在高温下也具有良好的自润滑能力，是重要的减摩自润滑涂层材料，可被应用于1000℃以上高温可磨耗涂层的软质润滑组分。氮化硼涂料可用作为脱模（防粘）剂，用于陶瓷的热压成形和玻璃成形，以及金属浇铸嘴模的涂覆，使其具有良好的润滑性和防粘（脱模）性，还可减少或阻止基衬与熔体之间的化学反应，从而延长其使用寿命。

由于氮化硼可以抵御核反应堆的中子辐射，在惰性气氛中分解温度高达2500℃，在极端条件下表现出的优异的化学稳定性，高温下具有良好的润滑性能，是一种理想的脱模剂。因此氮化硼脱模剂在金属铸造熔炼焊接中也多有应用，可以用于超塑性成形的工艺。具体如下：

多相催化中的新机遇

独特的结构赋予了h-BN优异的化学/热稳定性、机械强度、导热性以及电学性质，在很多领域都有重要应用。其中用作金属的催化剂就是其中之一。

许多研究表明，规整的h-BN面内与金属的作用很弱，相反金属更倾向于分散在h-BN片的边缘或者颗粒的晶界处，这说明B/N缺陷、含氧缺陷、表面官能团等位点可以锚定金属活性组分。为了创造更多类似的位点，利用不同的合成方法，如化学剥离、固相合成、表面官能化等，可以得到不同尺度和维度的h-BN基纳米材料。典型的体系包括二维的纳米片（h-BNNS）和三维的多孔材料（porous-BN），它们都具有丰富的边缘结构和表面缺陷，以及高的比表面积。

多相催化中的Metal/h-BN界面效应研究

在作为载体负载金属催化剂时，可以得到超细的金属纳米粒子，甚至是金属单原子。由于边缘缺陷或者表面官能团的锚定作用，可以长时间稳定金属催化剂的结构和尺寸大小。理论计算和实验结果都表明，Metal/h-BN界面处的电子转移或者金属和B/N原子之间的轨道耦合改变了金属活性组分的电子性质，最终改善了金属催化剂的性能。相比较传统的氧化物载体，多变可调的结构以及良好的机械性能使得h-BN成为一种优良的备选催化剂载体材料。

在氧化性气氛中，Metal/h-BN界面处的h-BN被刻蚀分解，生成了含硼的氧化物并迁移到金属纳米粒子表面，形成多孔的包裹层。相同的刻蚀-包裹现象在多个Metal/h-BN体系中被证实，比如金属镍、铂、铁、钴等。硼氧化物包裹层的存在改变了金属表面的吸附性质和纳米粒子的稳定性，不仅不会阻碍反应物分子扩散和吸附到金属表面，甚至也可以参与催化反应循环，增加了二氧化碳与甲烷干重整反应的稳定性和一氧化碳氧化反应的活性。

不同类型的Metal/h-BN界面

除了作为载体以外，二维的h-BN薄层也被用来覆盖在金属催化剂表面，形成纳米尺度的反应器来调节催化反应过程。单层的h-BN通过弱的范德华力结合在金属表面，气体小分子如CO和H2等可以插层并吸附在金属表面，并发生催化反应。基于几何限制和电子修饰作用，微纳尺度反应空间内的分子吸附和催化反应都被一定程度调制，这就是二维h-BN覆盖层下的限域催化现象。

设计不同结构的h-BN包裹金属纳米催化剂，可以利用限域效应优化催化性能。比如，通过控制包裹层数来调节不同大小分子的吸附能力，进一步影响不同反应的性能或者不同产物的选择性，增加催化剂的热稳定性。限域催化原理不仅仅在气相反应得到验证，还适用于基于液态电解液的电催化反应过程。相比于其它的覆盖层助剂，h-BN具有稳定性高和结构多样性的优势。