近日，中國科學院大連化學物理研究所電鏡技術研究組副研究員劉岳峰等與意大利科學院ICCOM研究所主任研究員Giuliano Giambastiani等合作，在非金屬納米碳催化劑表面活性基團作用機制的研究中取得新進展。合作團隊以不同的sp2和sp3雜化比例的納米金剛石為催化劑，研究了乙苯直接脫氫制苯乙烯反應過程中納米碳催化劑表面活性基團的催化作用及再生機制。
苯乙烯是工業上合成樹脂、合成橡膠等聚合材料的重要單體，可以通過乙苯直接脫氫獲得。大量研究結果表明，納米碳催化材料的表面C=O基團可以實現乙苯分子的脫氫轉化，然而在不同的納米碳材料上表現出不同的反應本征活性，對活性氧基團所處的微環境影響并無科學的認識。
該工作中，合作團隊在前期高效納米碳催化材料的表面化學結構調控、可控合成與整體成型的研究基礎上（ACS Catalysis，2021；J. Hazardous Mater.，2021；Carbon，2020；J. Mater. Chem. A，2020)，選用納米金剛石作為乙苯脫氫反應的研究對象，制備了不同的sp2和sp3雜化比例的納米金剛石催化劑，這類具有sp2/sp3核殼結構的雜化碳納米材料有助于闡明催化反應中重要的構—效關系。通過乙苯氧化脫氫（ODH）與直接脫氫（DDH）反應相結合的循環路徑，以及電子顯微、譜學等表征、DFT理論計算，該團隊證明了sp3雜化立方晶型的納米金剛石邊緣上的鄰醌基團，可作為高效地乙苯直接脫氫反應的活性基團并進行催化循環再生。該研究為納米碳材料表面官能團的微環境識別和在烷烴脫氫中活性位作用機制等方面提供了新的研究思路。
相關工作以Assessing the Nature of Active Sites on Nanodiamonds as Metal-Free Catalysts for the EB-to-ST Direct Dehydrogenation Using a Catalytic Approach為題于近日發表在ACS Catalysis上，并被選為封面文章。該工作得到了國家自然科學基金、遼寧省“興遼英才計劃”、中科院青年創新促進會等項目的資助。
大連化物所等揭示碳納米催化劑在乙苯直接脫氫反應中活性基團的作用機制