摘要：生物质增值是促进“废物转化财富”概念的一种方式，也是未来可持续生活方式的先决条件。其中，应优先考虑直接利用天然聚合物作为增值材料。基于此，武汉大学雷爱文教授和李武教授、贵州师范大学裴响林副教授（共同通讯作者）等人报道了一种简便且经济的方法，通过强金属-有机聚合

成果简介

生物质增值是促进“废物转化财富”概念的一种方式，也是未来可持续生活方式的先决条件。其中，应优先考虑直接利用天然聚合物作为增值材料。基于此，武汉大学雷爱文教授和李武教授、贵州师范大学裴响林副教授（共同通讯作者）等人报道了一种简便且经济的方法，通过强金属-有机聚合物配位效应制备了甲壳素超分子稳定单原子位点铂（Pt）催化剂（SS-Pt-CSNs）。具有多个不饱和基团的有机分子的化学选择性和可控催化加氢是精细化工领域的一个巨大挑战，作者将几丁质超分子纳米线稳定单原子Pt催化剂用于加氢含有α, β-不饱和羰基化合物、远不饱和键甚至天然产物的各种不饱和键（C=C, C=O, C≡C, -NO2）。

研究发现，单原子Pt与有机超分子（配体型）实体配合的结构既具有柔性（如均相催化剂）又具有稳定性（如多相催化剂）。SS-Pt-CSNs材料的杂化特性使其对各种不饱和键的化学选择性加氢表现出优异的催化性能，实现了31种底物的可调加氢，产生62种产物，收率高达99%，化学选择性超过90: 1，周转数（TON）高达121350。机理研究表明，Pt的空配位和动态b掺杂是获得优异效率和高选择性的关键因素。

图1.合成示意图

相关工作以《Dynamic boron-doping switched chitin-based single-atom Pt catalyst for chemo-selective hydrogenation》为题发表在2025年3月7日的《Nature Communications》上。

值得注意的是，这是雷爱文教授团队发表的第26篇Nature Communications！

雷爱文，武汉大学化学与分子科学学院教授、博士生导师；武汉大学高等研究院副院长，国务院政府特殊津贴专家（2020），第四届Yoshida Prize（吉田奖，2019），英国皇家化学学会会士（2015），国家杰出青年科学基金（2010），教育部高等学校科学研究优秀成果（科学技术）一等奖（2017，第一完成人），湖北省自然科学一等奖（2012，第一完成人）。研究方向：有机合成化学、物理有机化学。

团队主页：http://aiwenlei.whu.edu.cn.

图文解读

扫描电子显微镜（SEM）和N2吸附分别显示，SS-Pt-CSNs的三维（3D）网络和具有大比表面积的分层孔结构。高角度环形暗场扫描透射电子显微镜（HAADF-STEM）图像显示，Pt单原子均匀分散。在原子分辨率STEM能量色散光谱和元素映射图像中，Pt、N、O元素始终呈邻接分布。X射线吸收近边结构（XANES）显示SS-Pt-CSNs的Pt L3-edge强度介于Pt箔、H2PtCl6、PtO2和Pre-Pt4+-CSNs之间，表明单原子Pt位的正电荷态为+2价。结果表明，SS-Pt-CSNs具有独特的构型，即孤立的Pt原子与周围的N和O原子配位。

图2. SS-Pt-CSNs的合成与结构表征

通过利用密度泛函理论（DFT）计算，作者基于XAS结果和超分子甲壳素结构推导出四种配位模型。EXAFS结果表明，三个O/N原子可能围绕着一个Pt原子，也考虑了四个O/N原子。固态13C-NMR谱表明，乙酰氨基基团可以通过π配位捕获原子Pt。由于高d带中心的价电子（高氧化态）减少，Pt-H键轨道的能级增加到反键态的不饱和占据。通过引入单原子Pt位点，SS-Pt-CSNs的静电电位明显改变为0.24 e+，变为缺电子态。Pt-N1O2结构上出现了明显的电子扰动，表明SS-Pt-CSNs中存在一个空的配位位点。因此，被大量电子包围的缺电子Pt位点可能具有较强的吸附和分裂H2的能力。

图3.单原子Pt位点的配位结构和形成能研究

图4.底物范围

当COL/(HCAL + HCOL)=84: 9时，COL的收率为84%，与同时加入SS-Pt-CSNs和12.5 mol% BH3·THF的收率相同。当温度升高约300 ℃时，CSNs-250、SS-Pt-CSNs和SS-Pt-CSNs(B)均发生了一定程度的分解。在C=C键加氢过程中，SS-Pt-CSNs活化H2生成Pt-H物种。将1a的C=C键插入Pt-H中，进行质子化，得到所需的产物2a。作者提出了可能的机理：在C=O键加氢过程中，BH3首先与SS-Pt-CSNs的-OH基团发生反应，生成B基团作为Lewis酸位点。然后，该复合催化剂（单原子Pt位点和B种）活化H2生成Pt-H。接着，B物种与1a的羰基配位，在Pt-H种附近形成C=O键。最后，将C=O键插入到Pt-H中，进行质子化，得到所需的产物3a。

图5.机理研究

文献信息

Dynamic boron-doping switched chitin-based single-atom Pt catalyst for chemo-selective hydrogenation. Nature Communications, 2025, https://doi.org/10.1038/s41467-025-57434-0.

来源：朱老师讲VASP