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研究内容

具有受限纳米结构的纳米反应器可以模拟细胞或细胞器中活性位点的功能和反应性，这些活性位点是具有分子识别和反应特性的天然复杂区室。人工纳米反应器的合理设计具有重要意义，在细胞生物学和材料化学领域引起了广泛关注。但由于其制造具有高度挑战性，这一策略仍很少被报道。

中国科学院大连化学物理研究所刘健、中国科学院过程工程研究所王丹和浙江师范大学杨启华报道了具有中空多壳结构（HoMS）和空间负载金属纳米颗粒的中空纳米反应器的设计。进一步构建了定义明确的中空多壳结构酚醛树脂（HoMS-PR）和碳（HoMS-C）亚微米颗粒。精细的纳米结构和空间负载的金属纳米颗粒的结合赋予了这对纳米反应器在催化半氢化中的尺寸选择性分子识别特性包括其高活性和选择性。相关工作以“Design of Hollow Nanoreactors for Size- and Shape-Selective Catalytic Semihydrogenation Driven by Molecular Recognition”为题发表在国际著名期刊Angewandte Chemie International Edition上。

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研究要点

要点1.HoMS-C可以作为一个出色的多功能平台，因为它具有可调的特性和定制的功能位点，可以实现内部封装的金属纳米颗粒的精确空间定位（Pd@HoMS-C）或外部支撑的（Pd/HoMS-C）。

要点2.精细的纳米结构和空间负载的金属纳米颗粒的结合赋予了这对纳米反应器在催化半氢化中的尺寸选择性分子识别特性包括高活性和选择性。Pd@HoMS-C用于小的脂族基质以及Pd/HoMS-C用于大的芳香族基质。

要点3.理论计算提供了对由于底物吸附能垒的差异而具有不同行为的纳米反应器对的见解。

该工作揭示了中空纳米反应器的合理设计和准确构建，该反应器具有精确的活性位点位置和通过模拟细胞功能精细调节的微环境，将为在纳米尺度上空间组织不同的活性位点提供一种有效的方法，这将对新一代多功能催化剂的进一步发展产生巨大启发。

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研究图文

图1. 蛋黄壳、中空多壳和中空多级结构酚醛树脂和碳亚微米颗粒的形成示意图。

图2. 形态学和细观结构特征。

图3.（a）SPR-1、SPR-2和SPR-3亚微米颗粒的13C-ssNMR光谱，（b）未取代的芳香族C和羟甲基C在上述纳米球上的相对峰面积的相关性以及（c）纳米球的FTIR光谱。

图4.（a）HoMS-PR亚微米颗粒的化学剪切过程示意图。（b-e）TEM，插图：相应的碳化材料。比例尺=100 nm。在不同的纳米工程阶段收集的DHPR亚微米颗粒的（f）氮吸附等温线和（g）13C-ssNMR光谱：（b）0分钟（SPR-2）、（c）0.5分钟（HoMS-PR（0.5））、（d）20分钟（HoMS-PR（20））和（e）180分钟（HoMS-PR（180））。

图5. 一对空心纳米反应器的结构表征。

图6. 一对中空纳米反应器的催化性能评价。

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文献详情

Design of Hollow Nanoreactors for Size- and Shape-Selective Catalytic Semihydrogenation Driven by Molecular Recognition

Yutong Pi, Linxia Cui, Wenhao Luo, Haitao Li, Yanfu Ma, Na Ta, Xinyao Wang, Rui Gao, Dan Wang,* Qihua Yang,* Jian Liu*

Angew. Chem. Int. Ed.

DOI: https://doi.org/10.1002/anie.202307096

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