我国在氮掺杂纳米碳催化机理研究上取得新进展

[核心提示]由于碳基催化剂具有表面与结构可控、碳资源充足、耐酸碱腐蚀等优势而被广泛应用在催化中。通过化学方法将杂原子引入像纳米碳管、石墨烯等纳米碳体系，可制备性能优越的催化剂。

    以纳米碳管、纳米金刚石、石墨烯为代表的纳米碳材料在催化中具有广泛的应用前景，不仅可以作为高性能载体负载金属及氧化物活性组分，还可直接作为非金属催化剂用于氧化脱氢、选择氧化、电催化等反应。相对于传统的金属催化体系而言，碳基催化剂具有表面与结构可控、碳资源充足、耐酸碱腐蚀等独特优势。通过化学方法将氮、硼、磷等杂原子引入纳米碳体系，可以调节其表面酸碱性、催化活性及产物选择性，掺杂纳米碳材料已经成为国际碳及催化领域的研究热点之一。

    在前期非金属催化研究的基础上，中科院宁波工业技术研究院（筹）新能源技术所张建研究员课题组与中科院金属研究所苏党生研究员、华南理工大学彭峰教授等合作开展了系统的研究工作，通过化学气相沉积方法制备了氮含量可控的多壁纳米碳管（图1），将其作为丙烷氧化脱氢催化剂时发现，随着体系中氮含量的增加，目标产物丙烯的选择性和生成速率均有显著提升。进一步通过化学反应动力学与表面分析证明，石墨氮物种可以降低氧分子反应级数和反应活化能，是氧分子活化与催化性能提升的关键因素（图2）。该成果为纳米碳掺杂体系反应机理与结构设计提供了新现象、新思路。

    研究结果发表在英国皇家化学学会（RSC）主办的国际化学领域核心期刊Chemical Communications上（IF=6.169，DOI: 10.1039/C3CC41500G）。

    该项目得到了科技部和国家自然科学基金委相关项目的资助。