近日，国家纳米科学中心研究员唐岑团队和复旦大学教授刘智攀团队合作，在纳米金属催化芳烃区域选择性研究领域取得新进展。相关研究已在《德国应用化学》发表。
酶的高催化效率及选择性得益于其精巧的结构与精准的动态调控。纳米金属具有超高的催化活性，可通过设计实现复杂组装。
长期以来，人们一直期望能够通过配体工程来设计具有精准催化能力的纳米金属。然而，在绝大多数化学转化中，纳米催化剂的区域和立体选择性远不如传统催化体系。纳米材料往往难以同时具备较高的稳定性和催化活性，该矛盾是纳米催化中最重要的挑战之一，也是制约其选择性控制的重要因素之一。
碳硼烷配体能有效稳定纳米金属，实现芳烃区域选择性溴化。课题组供图
不稳定的纳米催化剂活性成分驳杂且无法预测，其中包括浸出的单原子、簇，且伴随纳米颗粒自身的聚集、分解、表面异构等。即便存在强配体，具有催化活性但选择性差的解离依然时常发生。因此，通过配体干预该过程，实现选择性调控是个具有挑战性的课题。
唐岑团队和刘智攀团队合作，首次使用碳硼烷作为纳米金属配体，在缺乏长链保护与复杂修饰的情况下，获得了高稳定且具有良好催化活性的纳米金属。该纳米金属拥有核-卫星结构，抗衡离子中主要成分为稳定的双碳硼烷金阴离子，不会解离出具有催化活性的小分子配合物，实现了具有挑战性的芳烃选择性溴化，区域选择性优于三价金/一价金催化剂，且不低于已知的其它非酶催化体系。
研究人员通过理论计算，进一步阐明了催化反应机理，这种纳米金属在芳烃溴化反应中使反应在限域纳米颗粒表面进行。在对配体甲基化后，由于位阻作用，溴化选择性可以进一步提升。这种罕见的位阻调控，反映出催化环境的动态稳定性。此外，在配合物/团簇/纳米颗粒体系中，双碳硼烷金阴离子较传统阴离子更利于实现选择性，且此效应在纳米体系最为显著。
研究表明，纳米金属可能为非导向基团区域选择性官能团化提供更优的催化体系。
相关论文信息：https://doi.org/10.1002/ange.202409283
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