近日，我所能源催化转化全国重点实验室纳米与界面催化研究中心碳基能源催化转化研究组（522组）方光宗副研究员、潘秀莲研究员团队在乙炔氢氯化制氯乙烯研究领域取得新进展，设计并制备了一种氮化硼限域纳米石墨烯（BNC）非金属催化剂，通过构建丰富的界面B-N-C活性位点，实现了乙炔的高效转化。
聚氯乙烯（PVC）作为全球最主要的工程塑料之一，广泛应用于建筑、包装、电子等领域。目前，全球35%的PVC通过乙炔氢氯化反应生产，且普遍依赖汞基催化剂。在全球环保倡议与《水俣公约》的要求下，开发高效、无毒的替代催化剂成为行业发展的迫切需求。然而，现有在开发的贵金属催化剂存在成本高、易失活等问题，且在开发的非贵金属催化剂则面临活性与稳定性不足的瓶颈，难以满足工业应用要求。
潘秀莲团队长期致力于碳基能源催化转化领域研究，在本工作中，团队在前期非金属催化乙炔氢氯化制氯乙烯研究（Nature Communications，2014；ACS Catalysis，2017；Applied Catalysis B: Environmental，2017）基础上，将纳米石墨烯引入氮化硼骨架，制备出独特的二维限域催化剂，具有丰富的界面B-N-C活性位点，其独特电子结构可有效促进乙炔分子的吸附与极化，提高了催化性能。研究发现，在260℃、乙炔空速45 h-1反应条件下，该催化剂连续运行800小时仍保持乙炔转化率与氯乙烯选择性均接近99%；即使将空速提升至650 h-1，乙炔转化率仍可达81%，氯乙烯时空收率达到4.53 g·gcat-1·h-1。该非金属催化剂制备工艺简便，成本低廉，为替代汞催化剂的研究提供了可行路径，有望推动氯乙烯产业绿色可持续发展。
相关研究成果以“Boron Nitride-Confined Nanographene as a Metal-Free Catalyst for Acetylene Hydrochlorination”为题，于近日发表在《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）上。该工作第一作者为我所522组博士研究生郭笑强和叶艺涵，以及方光宗副研究员。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院A类先导专项“煤炭清洁燃烧与低碳利用”等项目的资助。（文/图 方光宗、郭笑强）
