达姆施塔特技术大学 信用:CC0公共领域 催化剂是现代社会的关键材料，能够将原材料选择性转化为有价值的产品，同时减少浪费和节约能源
在工业相关的氧化脱氢反应的情况下，大多数已知的催化剂体系基于过渡金属，例如铁、钒、钼或银
由于与过渡金属的使用相关的固有缺点，例如稀有、对环境有害的采矿过程和毒性，纯碳在这种类型的反应中表现出催化活性并因此具有作为可持续替代材料的高潜力的事实引起了高度关注
迄今为止，用于氧化脱氢反应的碳基催化剂的发展可分为两代
第一代碳催化剂的灵感来自于在金属基氧化脱氢催化剂上发现焦炭沉积物的催化活性
随后，主要研究了无定形碳材料，如活性炭或炭黑
尽管这些早期的催化剂表现出显著的活性和选择性，但它们的氧化稳定性不足，后来被以碳纳米材料为代表的第二代碳基脱氢催化剂所取代
g
碳纳米管
纳米碳相对于第一代无定形催化剂的优势主要源于它们的结晶微结构，这一方面是因为它们具有足够的抗氧化性，另一方面是因为它们具有高氧化还原活性
由于纳米碳缺乏内部多孔性，这些活性位点位于外表面，使它们易于被反应物利用
然而，纳米碳在处理过程中表现出诸如粉末和固定床的缺点或不清楚的健康风险，因此它们仍在等待作为催化材料的工业应用
考虑到碳催化剂在氧化脱氢反应中的高潜力
M
Etzold多年来一直致力于新型碳的合成，旨在将纳米碳的优异催化性能转化为传统的、易于操作的碳材料
早在2015年，就有研究表明碳化物衍生碳原则上可用于实现与碳纳米材料类似的催化性能
然而，由于碳化物衍生的碳由于其复杂的合成而仅仅是用于研究目的的模型材料，开发可扩展的和可重复的合成路线以获得技术上有用的碳催化剂的基本研究目标仍然存在
与中国沈阳的沈阳材料科学国家实验室的齐威教授以及英国达姆施塔特大学表面科学实验室的简·菲利普·霍夫曼教授合作，费利克斯·赫罗德博士获得了
D
Etzold小组的学生，现在已经成功地合成了新一代碳催化剂，在许多方面优于纳米碳
新型碳催化剂的合成是基于聚合碳前体，其可以通过可重复且容易扩展的合成途径生产，同时提供对后续碳形态的优异控制
使用催化石墨化，证明了在聚合物前体的热解过程中，纳米级石墨微晶可以在碳基体中生长
在这种情况下，基础似乎是大共轭(石墨)畴的存在，其特征是缺陷位置密度高，在反应过程中产生氧表面基团，如酮羰基
这些表面基团的活性似乎通过邻近的共轭(石墨)畴而增加，共轭(石墨)畴可以充当电子存储
催化石墨化产生无定形/石墨混合材料，该材料由被无定形碳基质包围的先前生长的石墨微晶组成
为了获得活性脱氢催化剂，通过选择性氧化除去无定形碳基质，打开碳材料的孔结构并提供对催化活性石墨区域的可接近性
乙醇的氧化脱氢被选为一个具有重大实际意义的试验反应，因为它在生物乙醇和乙醛之间提供了催化连接，生物乙醇可从可再生资源中容易地获得，乙醛是当前工业化学中的一种重要中间体
与基准碳纳米管催化剂相比，这种新型碳材料可以实现高达10倍的时空产率
这项工作中提出的新型碳催化剂意义重大，因为它们为一类新材料打开了大门，由于灵活的合成路线的多种优化可能性，这类材料的潜力仍有待评估
除了在其它相关底物(例如烷烃和其它醇)的氧化脱氢中使用新型碳催化剂之外，还预期应用范围将扩展到电和光催化
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
