中國科學(xué)院金屬研究所齊偉課題組通過簡單的氨氣和空氣熱處理方式將氮、氧元素引入洋蔥碳（OLC）的表面，通過改變OLC表面氮和氧官能團(tuán)的類型和數(shù)目，調(diào)節(jié)了OLC的氧化還原能力和酸性。摻雜型OLC在甲醇選擇氧化反應(yīng)中展示出較高的二甲氧基甲烷（DMM）選擇性，為甲醇一步合成DMM提供了新的策略和方法。
氮、氧共摻雜洋蔥碳的制備過程和產(chǎn)物分布示意圖。 二甲氧基甲烷（DMM）作為柴油的添加劑，可以改善柴油的燃燒特性，能夠減少NOx和粉塵排放，對環(huán)境保護(hù)具有重要的意義。工業(yè)上，DMM主要由兩步法制成，即甲醇先在Fe-Mo催化作用下氧化脫氫轉(zhuǎn)化為中間產(chǎn)物甲醛，隨后，甲醛再與甲醇在濃硫酸催化作用下進(jìn)一步脫水轉(zhuǎn)化為DMM。該合成路線需要Fe-Mo和濃硫酸催化劑分別提供氧化還原位點(diǎn)和酸性位點(diǎn)來完成。兩步法工藝路線復(fù)雜且存在高耗能、設(shè)備昂貴和污染嚴(yán)重等問題，設(shè)計制備具有氧化還原位點(diǎn)和酸性位點(diǎn)的雙功能催化劑促進(jìn)甲醇一步合成DMM可有效地解決上述問題。 雙功能催化劑上氧化還原位點(diǎn)和酸性位點(diǎn)的精確調(diào)控是提高上述甲醇選擇氧化反應(yīng)對DMM選擇性的關(guān)鍵因素。針對這一問題，中國科學(xué)院金屬研究所齊偉課題組設(shè)計、制備了一種非金屬氮氧共摻雜雙功能洋蔥碳（N,O-codoped OLC）催化劑，雜原子能夠有效地調(diào)節(jié)OLC的氧化還原能力和酸性，實(shí)現(xiàn)雙活性位點(diǎn)的平衡?；钚詼y試實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在低溫條件下（150 ℃）氮氧共摻雜的洋蔥狀納米碳（N,O-codoped OLC）催化甲醇氧化反應(yīng)展示出較高的DMM選擇性（75%）和穩(wěn)定性（10 h）。詳細(xì)的結(jié)構(gòu)-活性關(guān)系實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明：催化劑表面的酮羰基和羧基分別是催化脫氫和脫水反應(yīng)的活性位點(diǎn)，確保DMM高選擇性的關(guān)鍵是對碳基催化材料表面酸性和氧化還原活性中心的平衡調(diào)控。上述研究結(jié)果對氮氧共摻雜洋蔥碳催化甲醇選擇氧化反應(yīng)的機(jī)理和構(gòu)效關(guān)系提出了新的理解和認(rèn)識。 論文信息 N,O-Codoped Onion-like Carbon Catalyzed Selective Oxidation of Methanol to Dimethoxymethane: Structure-Activity Relationship Dr. Yunli L. Bai, Xueya Dai, Tianlong L. Cao, Prof. Wei Qi ChemCatChem DOI: 10.1002/cctc.202300813
