纳米碳材料一般是由气相沉积、弧光放电、激光烧蚀等剧烈过程制取，含有大量的空位、间隙原子、线缺陷、边界等结构缺陷。此外，当石墨结构在某一维度的尺寸小到几个纳米时，为了达到结构稳定会自然发生弯曲，导致石墨层内自由电子的局域化分布，进而提高部分结构缺陷的化学活性。经过简单的表面修饰后，纳米碳表面将被修饰上含氧、氮等杂原子的饱和及非饱和官能团，进而具备一定的酸碱性质和氧化还原能力。
苏党生研究员及其合作者研究发现，纳米金刚石的碳原子并非完全的sp3杂化，表面碳原子在较大的表面曲率作用下发生部分石墨化，形成了独特的“金刚石-石墨烯”的核壳纳米结构。进一步使用同步辐射X射线光电子能谱考察了表面石墨烯结构的化学组成，发现氧原子含量在300oC时高达5.2%，主要为饱和醚氧物种（C–O）和不饱和酮羰基氧物种（C=O），后者即使在500oC时依然能够稳定存在。在无水蒸气保护的直接脱氢反应条件下，研究人员考察了纳米金刚石和典型工业氧化铁催化剂的活性和稳定性。结果表明，反应开始5小时后，氧化铁催化剂上转化率由20.2%迅速降低至7.1%，而纳米金刚石上转化率则在120小时内高于20.5%，苯乙烯选择性高达97.3%。反应后，氧化铁上发生严重积碳，其活性表面已被无序碳包裹；而纳米金刚石的表面结构则没有明显变化。使用原位红外光谱和原位近常压X射线光电子能谱深入研究非金属催化机理和诱导期内的活性降低的原因，直接验证了不饱和酮羰基氧物种在直接脱氢反应中的决定性作用。乙苯分子中的苯环结构不发生吸附，饱和支链中C–H键的氢原子吸附在酮羰基氧上并形成了一定数量的类取代芳香醇过渡中间体结构。在反应开始的诱导期内，酮羰基氧活性物种逐渐被氢原子饱和，活性位数量的下降导致了活性的部分损失，使用空气在较低温度下对催化剂进行处理即可恢复初始活性。