摻雜納米碳材料已經成為國際碳材料及催化領域的研究熱點之一。完整的石墨結構呈現化學惰性，通過化學方法向表面或體相引入氮、硼、磷等雜原子后，可以大幅提升納米碳材料的表面化學活性。近年來，作為一種可替代金屬催化劑的新穎材料，摻雜納米碳已在低碳烷烴轉化、選擇氧化、電催化氧還原（ORR）、酸/堿催化等多類重要反應過程中體現出較好的催化性能，但在摻雜物種與催化性能基本關聯的研究上仍缺乏系統工作。
在前期非金屬催化研究的基礎上，中國科學院寧波工業技術研究院（籌）所屬新能源技術所張建研究員課題組與南開大學化學系教授關乃佳、李蘭東課題組合作，通過傳統的Hummers法獲得氧化石墨烯，繼而通過簡單的水熱處理向其表面引入含氮官能團，表面氮原子含量最高可達18%。該材料體現了較好的熱穩定性，可在500oC的溫度下保留大量活性官能團。進一步研究發現，單一官能團在兩類典型的堿催化反應中有不同作用，Michael加成活性與吡啶氮物種數量密切相關，而酯交換反應活性則隨著胺物種的增加而增加。該成果為納米碳摻雜體系催化作用機理與規模化制備提供了新現象、新工藝，也為碳基復合材料界面作用增強提供了新思路。
研究工作發表在英國皇家化學學會（RSC）主辦的國際化學領域核心期刊Chemical Communications上（DOI：10.1039/C3CC49529A）。鑒于課題組在納米碳摻雜體系表面及結構控制上取得的進展，受邀在國際能源領域刊物ChemSusChem（DOI：10.1002/cssc.201301166）上發表題為Substitutional doping of carbon nanotubes with heteroatoms and their chemical applications 的綜述（第一作者為張業新博士）。
上述研究得到了國家自然科學基金委和教育部相關項目的資助。
（a）氮摻雜石墨烯的酯交換反應活性 （b）活性與氮物種間構效關系
摻雜納米碳管的應用領域
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