绿色臭氧功能化纳米碳管：工艺开发及其在催化领域的应用

【作者】 罗靖洁； 董亚南； 梁长海；

【机构】 大连理工大学石油与化学工程学院先进材料与催化工程实验室；

【摘要】 近年来,纳米碳材料（纳米碳管、纳米碳纤维、石墨烯以及纳米金刚石等）因其特殊的化学及结构性质,作为载体或直接作为催化剂在催化领域得到广泛的应用。纳米碳材料的表面缺陷及多种官能团,对反应物分子的吸附及活化具有重要意义,甚至能够作为活性中心促进反应的进行。采用硝酸液相氧化或者蒸汽氧化法可以在纳米碳材料表面构筑含氧官能团^[1],然而其苛刻的处理条件及过程中大量废酸及废液的排放,限制其工业化应用及大规模生产。本工作中,我们提出一种绿色、经济且可控的臭氧功能化手段,以纳米碳管（CNT）为研究对象,在溶剂蒸气（H₂O,H₂O₂或者C₂H₅OH）辅助的条件下,无需复杂的前后处理过程,仅在接近常温常压条件下实现表面氧官能团的功能化。并通过功能化条件的调控,可控优化CNT表面氧官能团的分布情况^[2]。功能化后的O₃-CNT可以直接催化环氧树脂开环反应;O₃-CNT作为载体,实现包括纳米Au及FeO_x颗粒的有效锚定及分散^[3]。另一方面,采用臭氧功能化手段对掺氮纳米碳管进行处理,可以在不改变材料原始形貌、且表面氮元素无明显损失的条件下,获得含量丰富的表面含氧官能团（氧含量高达12 at.%）。此外,该臭氧功能化工艺可作为包括石墨烯、活性炭等材料表面缺陷位构筑的有效手段。更多还原