DCR-EF循环：FeCo/生物炭催化聚苯乙烯基碳纳米管生长的定向自优化

《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》：The DCR-EF Loop: Directed Self-Optimization in FeCo/Biochar-Catalyzed CNT Growth from Polystyrene

　　将废弃塑料催化升级为碳纳米管通常主要从金属组成和碳沉积角度解读，而碳质催化剂载体的动态参与作用仍知之甚少。本研究开发了具有系统变化Fe/Co比例的负载型FeCo生物炭催化剂，用于将废弃聚苯乙烯催化转化为碳纳米管，并阐明了金属相、生物炭载体和碳产物的耦合演化过程。等摩尔Fe?Co?/BC催化剂展现出最优的Fe-Co合金结构和显著的电子重构，这由依赖组成的PXRD行为以及正的Fe 2p?/?和Co 2p?/?结合能位移（分别为1.04和1.05 eV）所证实。Fe?Co?/BC同时实现了最高的碳纳米管产率和最低的拉曼I_D/I_G比值，同时有利于C?H?生成（约70%）并抑制CH?生成（约22%），表明反应性碳中间体的利用率得到提高。机理控制实验揭示了定向碳移除过程，其中FeCo优先消耗并重构富含缺陷的生物炭碳，导致载体质量损失11.7%，而纯生物炭仅损失3.59%。随后的碳纳米管生长产生了包封反馈效应：石墨层稳定了金属FeCo，使CoFe?O?/FeCo峰面积比从约38%降至约5%，改变了界面电子环境，并将碳转化转向较少的深度裂解。考虑DCR引起的催化剂质量损失后，FeCo系列的碳纳米管产率计算值有所提高，其中Fe?Co?/BC保持最高的校正产率，约比其表观值高32%，同时表现出最低的载体损失。这些发现确立了定向碳移除-包封反馈循环，其中选择性载体重构维持了可及的催化界面，随后碳纳米管包封稳定并调控FeCo相。因此，本研究将催化剂-载体-产物协同演化确定为高效塑料到碳纳米管升级的机理设计原则。