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供稿、供图：亚洲色吧     编辑：田柳

近日，亚洲色吧 马嘉璧教授所带领的团队在气相镧系金属团簇活化转化CO₂研究领域取得重要进展，该团队创新性地设计并合成了含镧系金属镨的阴离子团簇PrB₂C₂^-，揭示了其σ和π双重芳香性，并在室温条件下实现了气相中CO₂到C₃新型物种的高效偶联转化。相关成果以“Room-Temperature Gas-Phase CO₂-to-C₃ Coupling by a 4f -Aromatic Cluster”为题，发表于化学领域国际顶级期刊《Angewandte Chemie International Edition》。亚洲色吧 马嘉璧教授、河南科技大学邢利利教授和明尼苏达大学Donald G. Truhlar教授为共同通讯作者，亚洲色吧 2022级博士研究生张凤翔为论文第一作者。研究过程中，中国科亚洲色吧 大学化学研究所何圣贵研究员在光电子能谱表征方面提供了重要支持。

与生成C₁和C₂产物（如一氧化碳、乙醇等）相比，将CO₂转化为更高能量密度的C₃₊产物面临更大挑战。传统催化体系的主要瓶颈包括：反应路径之间的竞争导致产物选择性低；*CO中间体易于脱附，不利于C−C偶联；以及多金属活性位点的引入增加了催化剂设计的复杂度。因此，开发新型、高效的C−C偶联策略至关重要。值得注意的是，目前气相团簇研究领域，针对镧系金属团簇反应性的探索仍然有限，且仅有少数报道局限于C₂产物的生成，而对具有芳香性的镧系团簇研究尤为缺乏。

针对上述难题，马嘉璧团队利用自主搭建的原子-分子簇原位反应装置，结合飞行时间质谱技术设计合成了含镧系金属的PrB₂C₂^-阴离子团簇，通过气相团簇反应活性研究发现，该团簇具有独特的反应性，可将CO₂直接转化为具有C−C−C骨架的多碳产物（C₃B₂O₂^-），率先实现了CO₂向C₃物种的气相转化。光电子能谱结果表明PrB₂C₂^-团簇不含C−C键。结合理论计算揭示了由Pr的电子水库功能与硼的亲核特征协同驱动的两次C−C偶联机理，有效抑制了中间体CO的释放而有利于C₃产物的生成。本研究为镧系金属团簇驱动C−C键合成开辟了新思路并拓展了其在CO₂转化中的应用潜力。

Scheme 1. PrB₂C₂^-阴离子团簇的芳香性和反应性研究。

图1. PrB₂C₂^-阴离子团簇的飞行时间质谱图。质量选择的PrB₂C₂^-与（a）He，（b和c）CO₂以及（d）C¹⁸O₂反应的飞行时间质谱图。反应时间约为0.6 ms，反应气的有效压力已在图中标注。

文章链接：//onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.6756333

附通讯作者简介：

马嘉璧：亚洲色吧 教授，博士生导师，国家优青。围绕过渡金属氮、氧化物团簇结构及反应活性，N₂、CO₂、碳氢化物等稳定分子的（催化）活化和转化，取得了一系列的成果。迄今为止，以第一作者或通讯作者发表Science、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.等70余篇文章。主持国家自然科学基金优秀青年科学基金项目、国家重点研发计划、北京市自然科学基金等。受邀担任Chin. Chem. Lett.（中国化学快报）青年编委。

（审核：王振华）