近日，我院李宏平副研究员团队在Nature Index选定期刊《Inorganic Chemistry》上在线发表论文“Group IIIA Single-Metal Atoms Anchored on Hexagonal Boron Nitride for Selective Adsorption Desulfurization via S−M Bonds”（DOI: 10.1021/acs.inorgchem.2c04228）。江苏大学为第一完成单位，硕士生冉宏顺为第一作者，李宏平副研究员为通讯作者。
单原子吸附剂（SAAs）是指一类金属吸附位点缩小至原子尺寸并以单原子形态均匀分布在吸附剂表面的二维材料，此类吸附剂能在提供足够多的吸附位点的同时仍具备极高的金属利用率。此策略的提出为发展兼具优越吸附性能与良好选择性的吸附剂设计提供了新的思路与方针。本工作通过密度泛函计算对Ga、In和Tl掺杂的六方氮化硼（h-BN）单原子吸附剂模型（M-BN-SAAs，M = Ga、In、Tl）进行了详细的理论对比探究。研究表明，ⅢA族金属原子（Ga、In和Tl）掺杂h-BN可以极大的提升其吸附脱硫性能。其中，In-BN-SAAs展示出了最优的吸附脱硫性能（对DBT的Eads值为−40.1 kcal/mol）。本工作通过密度泛函理论系统地研究了在h-BN表面掺杂ⅢA族金属（M = Ga、In和Tl）原子策略用于提升吸附脱硫性能的内在机理。研究结论具体如下：（1）掺杂原子的范德华半径对M-BN-SAAs（M = Ga、In和Tl）的掺杂能（Ed）值起着决定性作用，意味着范德华半径更大的原子在实际掺杂过程中会需要外界提供更多的能量。（2）随着ⅢA族金属（M = Al、Ga、In和Tl）原子的半径逐步增加，M-BN-SAAs的Egap逐步减小。这为h-BN材料在传感器与光电催化应用领域提供了新的设计方向与思路。（3）此外，In_cen_B对DBT的Eads达到了−40.1 kcal/mol，为已报道值中对二苯并噻吩（DBT）吸附强度最高的金属掺杂h-BN吸附剂。（4）量子化学计算表明吸附能的提升源于额外的S-M键作用的存在，S-M键作用与π-π作用的结合，是M-BN-SAAs（M = Ga、In和Tl）单原子吸附剂具备优秀吸附性能的根本原因。（5）基于M-BN-SAAs（M = Ga、In和Tl）对噻吩类化合物及芳烃类物质的Eads对比，证实了M-BN-SAAs对噻吩类化合物兼具优秀的吸附性能与良好的选择性。
本论文得到了国家自然科学基金项目的支持。
