近日，我所催化基礎(chǔ)國家重點實驗室微納米反應(yīng)器與反應(yīng)工程學(xué)創(chuàng)新特區(qū)研究組（05T7組）劉健研究員團(tuán)隊與比利時那慕爾大學(xué)、武漢理工大學(xué)蘇寶連院士合作，發(fā)展了“化學(xué)剪裁”法，精準(zhǔn)制備出了具有金屬納米顆?？臻g分布的多級中空酚醛樹脂納米反應(yīng)器，并表現(xiàn)出高效的多相催化加氫性能。

細(xì)胞是一種具有多級中空結(jié)構(gòu)和多組分活性物種的天然軟物質(zhì)。模擬細(xì)胞結(jié)構(gòu)構(gòu)筑人工細(xì)胞（也可稱為納米反應(yīng)器）一直以來都受到科研人員的廣泛關(guān)注。然而，設(shè)計具有多級中空結(jié)構(gòu)的有機(jī)大分子仍具有挑戰(zhàn)。

本工作中，合作團(tuán)隊對氨基苯酚樹脂微球進(jìn)行了納米級化學(xué)剪裁：使用乙醇作為化學(xué)剪裁劑，精確剪裁其微納結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成。乙醇通過切斷化學(xué)鍵（(Ar)C-N）導(dǎo)致低聚物溶解，在隨后的再聚合過程中，球形氨基苯酚樹脂顆粒能夠成功轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂杏袡C(jī)官能團(tuán)（羥甲基和氨基）精確空間分布的多級中空結(jié)構(gòu)。合作團(tuán)隊通過調(diào)節(jié)醇的種類和用量，可得到一系列類似納米結(jié)構(gòu)的氨基苯酚樹脂顆粒，證明了該方法的通用性。研究發(fā)現(xiàn)，獨特的多級中空結(jié)構(gòu)及其有機(jī)微環(huán)境能夠?qū)u納米顆粒包裹在其內(nèi)部空腔中，形成類石榴型的微納結(jié)構(gòu)。合作團(tuán)隊將Pd納米顆粒選擇性沉積在其外殼后，制備出具有精確金屬空間分布的多級中空酚醛樹脂納米反應(yīng)器。該納米反應(yīng)器封裝的Au納米顆粒有利于向Pd納米顆粒提供電子，形成更多的金屬Pd。同時，外殼上的Pd納米顆粒有利于產(chǎn)生更多的活潑氫用于底物的氫化，從而提高催化活性。在苯乙烯，苯乙炔和硝基苯加氫反應(yīng)中，該納米反應(yīng)器表現(xiàn)出高效的加氫性能，其中在苯乙烯加氫反應(yīng)中TOF值高達(dá)11257 h-1。該工作實現(xiàn)了“化學(xué)剪裁”法精準(zhǔn)制備負(fù)載金屬的多級中空酚醛樹脂催化加氫納米反應(yīng)器及其在可持續(xù)催化中的應(yīng)用。

劉健團(tuán)隊近年來在微納米反應(yīng)器的構(gòu)筑及可持續(xù)催化應(yīng)用方面進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究：構(gòu)建了系列聚合物，碳基及氧化硅基微納米反應(yīng)器（Nat. Commun.，2020；Natl. Sci. Rev.，2020；Energy Environ. Sci., 2021；ASC Nano，2022），并對微納米反應(yīng)器的特性及其催化反應(yīng)過程進(jìn)行深入研究（Adv. Mater.，2019；Angew. Chem. In. Ed.，2020；Adv. Mater.，2020；Angew. Chem. In. Ed.，2021；Adv. Funct. Mater.，2022）。

相關(guān)成果以“Multilevel Hollow Phenolic Resin Nanoreactors with Precise Metal Nanoparticles Spatial Location towards Promising Heterogeneous Hydrogenations”為題，于近日發(fā)表在《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）上。該工作的第一作者是我所05T7組博士研究生邳雨桐。上述工作得到國家自然科學(xué)基金、遼寧省自然科學(xué)基金、博士后創(chuàng)新人才支持計劃和中國博士后科學(xué)基金等項目的資助。（文/邳雨桐 圖/馬嚴(yán)富、李海濤）

文章鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202205153