催化涉及到社會生活的方方面面，不可謂不重要。如何提高催化劑的活性、選擇性和壽命，是催化研究永恒的命題。今天，Nature Chemistry連續發表3篇催化有關成果，分別來自南方科技大學、塔夫茨大學以及耶魯大學等等單位。現簡要整理如下，供大家參考學習。
一、揭示赤鐵礦光陽極水氧化催化過程
水氧化是光電合成燃料合成裝置的關鍵動力學瓶頸。盡管近年來在水氧化的中間體的確認方面取得了很多進展，但是闡明這種多氧化還原反應在金屬氧化物光陽極上的催化機理不管在理論方面還是實驗方面都面臨著重要挑戰。
有鑒于此，耶魯大學Victor S. Batista和帝國理工學院的James R. Durrant等人基于光譜電化學和DFT理論計算對四個廣受研究的金屬氧化物的水氧化動力學進行了研究。
他們發現，在赤鐵礦光陽極的水催化氧化過程中，赤鐵礦能夠參與表面孔密度為三級的反應機制，該反應機制包括三個表面孔和M(OH)-O-M(OH)活性位點之間的平衡。該反應具有較低的反應活化能（Ea≈60meV）。他們利用密度泛函理論研究了模型赤鐵礦（110）晶面電荷積累和O-O鍵形成的能量變化。他們根據以上光譜電化學結果與理論計算所提出的催化反應機理與光系統II的析氧絡合物的機制能夠互相佐證，并且為金屬氧化物表面上的非均相水氧化機理提供了新的觀點。
二、單原子催化劑的簡便合成
為了獲得最大的原子效率，近年來單原子催化劑成為了熱門研究。將有機金屬均相催化劑錨定在表面上會產生聚集和活性降低的問題，而開發用于在氧化物載體上制備原子分散的貴金屬的技術通常很復雜。
有鑒于此，塔夫茨大學Maria Flytzani-Stephanopoulos，威斯康辛大學ManosMavrikakis等人報道了一種簡便的在堿溶液中合成單原子金催化劑一鍋合成方法。
他們將Au(OH)3和NaOH粉末在H2O中混合，再通過浸漬方法即可得到載體負載的穩定的單原子金團簇催化劑。實驗發現，合成的[Au1-Ox]-團簇催化劑可高效催化兩個甲醇分子脫氫異相偶聯成甲酸甲酯，在低于180℃時具有100％的選擇性。該反應在工業上很重要，也是在金催化劑上進行甲醇蒸汽重整的關鍵步驟。
三、銅催化直接合成C-C鍵
直接化學合成C-C鍵，是有機化學合成領域的圣杯，C-C交叉偶聯反應主要分為三種類型：C-C（sp3），C-C（sp2）和C-C（sp）。過去五十年以來，過渡金屬催化的交叉偶聯反應改變了有機化合物的構建方式，并于2010年獲得諾貝爾化學獎。Sonogashira偶聯是公認的直接形成C–C鍵的通用途徑，可設計合成具有各種官能化分子的碳骨架。然而，非對稱的Sonogashira偶聯，尤其是對于C（sp3）–C（sp）耦合，還存在系列問題有待解決。
有鑒于此，南方科技大學Xin-Yuan Liu團隊基于銅催化發展了一種普適性的Sonogashira C(sp3)-C(sp)偶聯策略。作者利用具有生物手性的金金雞納基P, N-配體，在銅催化自由基參與的炔基化作用下，實現了超過120種末端炔烴和外消旋烷基鹵化物的Sonogashira C(sp3)-C(sp)交叉偶聯。為了驗證這種方法的潛在效功效，作者成功實現了具有豐富手性C(sp3）-C(sp / sp2 / sp3)特征的生物活性或功能性分子衍生物，藥物化合物和天然產物的合成。
參考文獻：
【1】Camilo A. Mesa et al, Multihole water oxidation catalysis onhaematite photoanodes revealed by operando spectroelectrochemistry and DFT,Nature Chemistry 2019.
https://www.nature.com/articles/s41557-019-0347-1
【2】Sufeng Cao et al. Single-atom gold oxo-clusters prepared in alkalinesolutions catalyse the heterogeneous methanol self-coupling reactions. NatureChemistry 2019.
https://www.nature.com/articles/s41557-019-0345-3
【3】Xiao-Yang Dong et al. A general asymmetriccopper-catalysed Sonogashira C(sp3)–C(sp) coupling. Nature Chemistry 2019.
https://www.nature.com/articles/s41557-019-0346-2
