日前了解到，清華大學魏飛教授和中國科學院金屬研究所蘇黨生教授研究團隊發(fā)現，作為非金屬碳材料,摻氮碳納米管比金屬催化劑(觸媒)更綠色、更環(huán)保，且對乙炔氫氯化反應具有顯著的催化活性。
業(yè)內專家認為，納米碳材料為無汞催化劑的研究開辟了新的思路。其作為一類重要的非金屬催化劑材料具有廣闊的應用前景，尤其是為高效、綠色生產聚氯乙烯開辟了新的研究方向。
清華大學和中國科學院金屬研究所經研究發(fā)現，在碳納米管催化劑中摻雜氮原子是催化劑優(yōu)異催化活性的關鍵。通過氮摻雜，碳納米管催化劑表現出了和傳統(tǒng)金屬催化劑(例如銅)相近的催化能力，摻氮碳納米管的反應轉換頻率高達2.3X10-3 s-1。更為重要的是，經500分鐘的乙炔氯化反應評價，摻氮碳納米管催化劑的穩(wěn)定性顯著優(yōu)于銅、鉍等催化劑，且不像汞催化劑那樣存在高溫失活現象，因而碳材料催化劑具有很好的工業(yè)應用潛力。
研究人員通過比較不同氮物種的作用發(fā)現，季氮物種的含量和反應活性呈現較好的正比關系。結合密度泛函理論計算，證明了季氮物種是主要催化活性位點。更進一步的理論計算揭示了在碳材料催化劑上的反應路徑，證明乙炔吸附是反應中最重要的步驟，摻雜氮原子增強了乙炔分子在活性位上的吸附，進而提高了催化活性。通過電子結構分析發(fā)現，乙炔分子在碳材料上的吸附機理和在金屬催化劑上是截然相反的。這是因為氮摻雜改變了催化劑的酸堿性從而影響了反應分子和催化劑之間的作用形式。不僅僅是氮原子，納米碳材料上其他幾種雜原子對于調節(jié)和控制碳材料催化劑的性質也起著重要作用。
目前，清華大學已經掌握了千噸級碳納米管制備的工藝，正在研究用于氯乙烯工業(yè)的低成本摻氮碳納米管基催化劑，有望為高效、綠色生產聚氯乙烯提供新途徑。