记者了解到，清华大学魏飞教授和中国科学院金属研究所苏党生教授研究团队发现，作为非金属碳材料，掺氮碳纳米管比金属催化剂(触媒)更绿色、更环保，且对乙炔氢氯化反应具有显著的催化活性。
业内专家认为，纳米碳材料为无汞催化剂的研究开辟了新的思路。其作为一类重要的非金属催化剂材料具有广阔的应用前景，尤其是为高效、绿色生产聚氯乙烯开辟了新的研究方向。
清华大学和中国科学院金属研究所经研究发现，在碳纳米管催化剂中掺杂氮原子是催化剂优异催化活性的关键。通过氮掺杂，碳纳米管催化剂表现出了和传统金属催化剂(例如铜)相近的催化能力，掺氮碳纳米管的反应转换频率高达2.3X10-3s-1。更为重要的是，经500分钟的乙炔氯化反应评价，掺氮碳纳米管催化剂的稳定性显著优于铜、铋等催化剂，且不像汞催化剂那样存在高温失活现象，因而碳材料催化剂具有很好的工业应用潜力。
研究人员通过比较不同氮物种的作用发现，季氮物种的含量和反应活性呈现较好的正比关系。结合密度泛函理论计算，证明了季氮物种是主要催化活性位点。更进一步的理论计算揭示了在碳材料催化剂上的反应路径，证明乙炔吸附是反应中最重要的步骤，掺杂氮原子增强了乙炔分子在活性位上的吸附，进而提高了催化活性。通过电子结构分析发现，乙炔分子在碳材料上的吸附机理和在金属催化剂上是截然相反的。这是因为氮掺杂改变了催化剂的酸碱性从而影响了反应分子和催化剂之间的作用形式。不仅仅是氮原子，纳米碳材料上其他几种杂原子对于调节和控制碳材料催化剂的性质也起着重要作用。
目前，清华大学已经掌握了千吨级碳纳米管制备的工艺，正在研究用于氯乙烯工业的低成本掺氮碳纳米管基催化剂，有望为高效、绿色生产聚氯乙烯提供新途径。 |
