納米金剛石的改性及其在催化反應中的應用研究取得進展

　　在傳統工業催化領域中，金屬基催化材料占據主導地位，但是其不可再生性以及對環境的污染性是金屬材料潛在的弱點。如何開發出具有可替代性的綠色能源催化劑是近些年來研究的熱點與重點。納米金剛石是一類sp3雜化的非金屬碳材料，通過簡單控制煅燒溫度（900~1500℃），可得到巴基型納米金剛石（sp2/sp3 雜化）和洋蔥碳（sp2）兩種延伸性碳材料。納米金剛石表面含有一定量的sp2 雜化碳，這一獨特的sp2/sp3結構使得納米金剛石及其衍生物有著比傳統碳材料更獨特的物理化學性質。

　　中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家（聯合）實驗室催化材料研究部研究員蘇黨生及其團隊將其應用到催化領域中，發現在一些重要的工業催化反應中表現出可比擬傳統金屬催化劑的優異性能。例如洋蔥碳在液相酚類選擇性氧化制醌類反應中表現出優異的催化活性與穩定性。近期他們又相繼發現對這三類材料進行雜原子（包括N、B、P等）調控可以有效改變其電子結構和化學性質，優化自身結構，并進一步提高催化反應的性能和擴大非金屬催化劑的應用范圍。研究表明硼酸鹽與磷酸鹽改性的巴基型納米金剛石在氣相丙烷氧化脫氫反應中雜原子基團通過覆蓋結構缺陷位，抑制親電氧物種的形成從而提高目標產物丙烯的選擇性。此外，硼、氮以及磷改性的洋蔥碳作為非金屬催化劑甚至在電催化氧還原反應中表現出比商業Pt/C更好的抗甲醇性與穩定性。不僅如此，利用巴基型納米金剛石獨特的核殼結構在固定Pd納米顆粒以及在提高CO催化氧化反應中同樣起到重要的作用。不同于sp2雜化的碳材料，sp3雜化的碳材料在催化應用中尚屬于開始階段，催化材料研究部的相關工作屬于國際領先，得到很多國際同行的關注，相關工作已發表在：ACS Catalysis 5(2015) 5921、ACS Catalysis 5(2015) 2436、Chemical Communications 51(2015) 9145、Chemical Communications 51(2015) 13086、Journal of Materials Chemistry A 3(2015) 21805、Journal of Materials Chemistry A 3(2015) DOI: 10.1039/C5TA09539E、ChemSusChem 8(2015) 2872、ChemCatChem 7(2015) 2840、Angewandte Chemie International Edition (2015) DOI: 10.1002/anie.201507821。該工作已申請ZL一項，ZL號：201510154630.9。

　　納米金剛石及其衍生物的改性示意圖及其在不同催化反應中的應用