近日，我院何纯挺教授团队在能源催化领域取得重要进展，相关研究成果以“Stabilizing Silver Single-atom Site via a Pore-Confined Triphenylphosphine for CO2 Conversion with High Substrate-Specificity”为题，发表于国际顶级期刊《Angewandte Chemie International Edition》。该研究提出了一种基于分子基材料的双重限域策略，解决了困扰多年的银（Ag）单原子位点不稳定的难题，并且实现了在纯水、无外加碱体系中将常压CO2高选择性地催化转化为高附加值有机化学品，为设计稳定的单原子位点催化剂和精准催化提供了创新思路。该论文以江西师范大学为第一完成单位和通讯单位，何纯挺教授和章佳副教授为共同通讯作者，博士研究生李静为第一作者。
将温室气体CO2转化为高值化学品如2-噁唑烷酮类化合物具有巨大的生态和经济效益潜力，但其实际技术应用面临一个核心矛盾：一方面，传统高效的均相催化剂（如银配合物）虽活性中心明确、选择性好，却存在与产物难以分离、无法重复使用的问题，且通常需要使用有机溶剂并添加大量碱性助剂，不符合绿色化学要求；另一方面，新兴的异相催化剂虽解决了分离回收难题，却常因活性位点不均一、金属易团聚失活，导致催化活性和稳定性远低于均相催化剂。针对这一挑战，何纯挺教授团队创新性地提出“纳米空间+客体配位”双重限域策略，即利用金属有机框架（MOF）规整的纳米笼子提供限域空间，将均相催化中常用的软碱配体三苯基膦（PPh3）以客体分子方式负载于里面；进而依据软硬酸碱（HSAB）原理，通过配位限域作用稳定Ag单原子位点。基于该策略构建的分子基催化剂MEC-88在催化性能上展现出三大突破性优势：
高催化活性：在常压、无外加碱的温和条件下，MEC-88可高效驱动CO2与炔丙胺合成高附加值化学品2-噁唑烷酮，催化效率（TOF）高达1051.3 ± 0.7 h-1，优于目前所有已报道的异相催化剂。另外，该催化过程只需要水做溶剂，体现出绿色、安全且经济的优势。
高特异选择性：该催化剂对苄基取代炔丙胺底物表现出近100%转化率，而对苯基取代炔丙胺底物或内炔底物则无催化活性，展现出优异的底物识别能力和催化选择性。
优异稳定性：该催化剂在多次循环使用后仍保持高活性和高选择性，并充分验证了双重限域策略对Ag活性中心的高效稳定作用。
同时，团队综合运用多种原位/非原位表征技术，结合密度泛函理论计算，阐明了MEC-88高催化活性及高选择性的原因：PPh3配位的Ag单原子与MOF骨架中Zr-oxo簇协同作用，分别活化炔基和胺基，显著降低了CO2插入和环化步骤的自由能垒；此外，PPh3的引入不仅稳定了Ag单原子、抑制其聚集，还通过调控底物结合构型赋予催化剂优异的底物选择性，从而在温和条件下解决了CO2催化转化活性和选择性的权衡问题。
该工作成功将均相催化中成熟的分子配体调控策略移植到多相体系，并借助MOF的限域孔道实现了金属位点配位微环境的原子级构筑。这一策略为铂、钯、金等其他高表面能金属的单原子催化剂设计提供了创新方案。
原文链接：https://doi.org/10.1002/anie.2079917
[三审三校：章 佳 胡晓玉 熊 斌]
