近日，我院刘文刚副教授、覃勇教授联合中国科学院大连化学物理研究所乔波涛研究员，在国际材料领域权威期刊Advanced Materials发表题为“Beyond the Active Site: Hydrophobic Microenvironment Engineering for Single-Atom Catalysts”的综述论文，系统梳理了疏水微环境工程在单原子催化领域的研究进展，构建了疏水单原子催化从材料构筑、界面调控到反应过程强化的设计框架，并提出“活性位点–微环境协同设计”的新思路（图1）。
图1.单原子催化从“原子分散”向“微环境工程”的发展演进及疏水微环境的仿生启示
单原子催化剂具有原子利用率高、活性位点结构明确等优势，但在水相催化过程中仍面临水分子竞争吸附、界面传质受限以及副反应等问题。针对上述挑战，该工作围绕疏水微环境的构筑与调控，系统总结了表面修饰、本征疏水载体及仿生分级结构等构筑策略，并从传质调控、活性位点保护和电子结构调控等方面阐明疏水微环境提升单原子催化性能的作用机制。在此基础上，进一步强调催化活性中心与局部反应微环境之间的协同作用，为从单一“活性位点设计”走向“活性位点–微环境协同设计”提供了新的研究视角。
该工作建立在团队近年来围绕“疏水单原子催化”开展的系列研究基础之上。2025年，团队在该方向取得了一系列代表性成果：发展具有疏水微环境的非对称Co单原子催化剂，提出“反应–传递耦合”策略，实现油酸甲酯高效环氧化（J. Am. Chem. Soc. 2025, 147 (32), 29377–29388）；构筑疏水Zn单原子催化剂，提出“捕获–释放”传质机制，实现过氧化氢高效光合成（CCS Chem. 2025, 7 (11), 3308–3319）；通过调控原子Fe位点周围的疏水微环境，促进芳香烷烃C–H键高效氧化（Sci. China Chem. 2025, 68, 4234–4244）。上述研究从不同催化反应体系揭示了疏水微环境与原子级活性位点之间的协同作用，为进一步凝练“活性位点–微环境协同设计”理念、构建疏水单原子催化的系统设计框架奠定了研究基础。
该工作进一步拓展了传统单原子催化主要聚焦活性位点结构与电子性质的设计范式，凸显了局部反应微环境在调控反应物富集与传递、保护活性位点以及优化催化反应路径中的重要作用，为水相催化、能源化学品合成、生物质高值转化等领域高性能单原子催化剂的理性设计提供了新的思路，也为“疏水单原子催化”这一新兴研究方向的进一步发展提供了参考。
刘文刚副教授为论文第一作者，覃勇教授、乔波涛研究员为共同通讯作者。青岛科技大学材料科学与工程学院为论文第一完成单位。研究工作得到了国家自然科学基金面上项目、山东省重点研发、泰山学者工程专项经费等项目的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.73954
