金属所纳米碳材料催化剂表面官能团研究获进展 纳米金刚石台面的新视角

在催化科学的前沿领域，碳基纳米材料因其独特的电子结构和可调的表面化学性质，正逐渐取代传统贵金属催化剂，成为绿色化学与能源转化领域的研究热点。碳材料表面官能团的精细调控与其催化性能之间的构效关系，始终是国际同行悬而未决的难题。中国科学院金属研究所研究团队在《自然·材料》杂志在线发表重要成果，聚焦于纳米金刚石台面（NDP）这一独特结构，深入揭示了表面富电子态官能团对催化剂选择性及稳定性的双重影响，为下一代高效碳基催化剂的设计提供了新范式。本文将系统阐述该研究的意义、核心发现及未来应用前景。\n\n传统认识的局限与新思路的构建\n\n传统观点致力于通过在碳纳米管或石墨烯表面自发形成无序含氧集团（如羰基、羧基、羟基等）来构建活性位点，但这往往带来三类问题：分布不均导致多相反而竞争强烈；含量过高的表层含氧基团极易发生脱附损耗而抑制寿命——更重要的是只能在针对氧化转化反应才表现特效。例如对于烷烃直接脱氢（PDH），氧气化的轻微蚀刻不能耐高温和还原环境。这种局限产生了从根本上设计体孔耦合单相且不需氧种残留的思路。由此转向依靠石墨状态周期特性的天然结构性