聚氯乙烯（PVC）因耐腐蚀和电绝缘性好而广泛应用，全球35%的PVC通过乙炔氢氯化法生产，但传统工艺依赖有毒的汞催化剂。自2013年《水俣公约》实施以来，非汞催化剂研发受到重视。Hutchings等人率先开发了金基催化剂并完成中试验证，后续研究将乙炔结合能作为金属催化剂活性的描述符。

与此同时，无金属催化剂如碳材料、氮化硼和沸石也得到发展。碳材料常通过掺杂氮、磷等杂原子或引入缺陷来提升活性，例如氮磷共掺杂碳在低温下可实现较高乙炔转化率且稳定性良好。缺陷纳米金刚石-石墨烯及多孔氮化硼也显示出优异的催化性能与长期稳定性。尽管如此，为提高实用价值，仍需进一步提升无金属催化剂的活性和稳定性。

氮化硼基质限域的纳米石墨烯异质结：通过将纳米石墨烯嵌入氮化硼基质，构建了一种B–N–C界面活性位点丰富的异质结构。这种结构既保留了石墨烯与氮化硼的类似六方晶格，又通过化学键合形成稳定的界面，促进了乙炔分子的吸附与极化。

明确的活性位点识别与构效关系建立：通过多种表征手段确认 B–N–C 位点是催化活性中心。实验表明乙炔转化率与B–N–C位点含量呈线性关系，建立了清晰的“结构–活性”关联。

卓越的催化性能与稳定性：BNCmF催化剂在260°C、空速45 h^-1条件下，乙炔转化率和VCM选择性均保持99%，并稳定运行800小时。即使在高空速（230 h^-1）下，仍保持高活性和选择性，性能优于多数已报道的无金属及部分贵金属催化剂。

反应机理阐释与理论验证：结合原位DRIFTS和DFT计算，揭示了B–N–C位点对乙炔的吸附、极化及反应路径。明确了乙炔先吸附、HCl后进攻的反应机制，并计算出较低的反应能垒（0.96 eV），从理论上解释了催化剂的高活性来源。

图1. BNC催化剂在乙炔氢氯化反应中的催化性能。(a)在260 °C和GHSV 650 h^-1下，BNC_MF与BN催化剂的C₂H₂转化率比较。 (b)在260 °C、650 h^-1和230 h^-1下，BNC_MF与贵金属基催化剂Au/AC、Ru/NC和Pt/AC的性能比较。在650 h^-1时的性能；在230 h^-1时Au–S/AC和Au/AC。（c）在260 °C和45 h^-1条件下，催化性能随操作时间的变化。（d）BNC_MF（红色星号）与先前报道的无金属催化剂（绿色三角形）的失活率比较。在相似的空间速度（10–50 h^-1）下

图2. BNC_MF的电子显微镜表征。(a, b) 高分辨率透射电子显微镜图像。(c) 场发射扫描电子显微镜-能量色散X射线光谱元素映射图像。(d) 扫描透射电子显微镜-电子能量损失谱元素映射图像

图3. BNC_MF的光谱表征。(a, b) XPS B_1s和N_1s光谱。(c, d) XAS B K边和N K边光谱

图4. B–N–C位点的催化作用。(a)由积分C₂H₂-TPD信号获得的C₂H₂吸附容量；(b) VCM生成速率与可及B–N–C含量的关系；(c) BNC_MF上的乙炔氢氯化反应示意图；(d) BNC_MF上C₂H₂吸附的原位DRIFTS谱图

图5. DFT计算。(a) 边缘B–N–C位点上B和C原子的态密度。(b) 乙炔在BNC不同位点和氮化硼扶手椅型边缘位点的吸附能。(c) 乙炔在边缘B–N–C位点上氢氯化反应的能量分布图和反应路径。图中白色、粉色、灰色、蓝色和绿色球分别代表H、B、C、N和Cl原子

这项研究通过界面工程策略构建氮化硼限域纳米石墨烯异质结，成功创制了富含B–N–C活性位点的高效催化剂，实现了在温和条件下对乙炔氢氯化反应近乎完全的转化率与选择性，并展现出卓越的长期稳定性。该工作不仅从原子尺度揭示了界面B–N–C位点通过电子结构调变促进乙炔极化与活化的机制，建立了清晰的“活性位点数量—吸附能力—反应性能”线性构效关系，更重要的是，它示范了如何通过精准的杂原子键合与界面结构设计，将石墨烯与氮化硼两类材料的优势协同整合，从而突破传统碳基或氮化硼催化剂在活性和稳定性上的局限。这为替代剧毒汞催化剂、推动氯乙烯绿色合成提供了切实可行的材料解决方案，同时也为面向其他重要反应的高性能非金属催化剂的设计提供了普适性的研究范式——即通过构建可控的异质界面与化学键合，优化局域电子结构，从而实现反应分子的高效活化与转化。