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供稿、供图：探花视频     编辑：田柳

近日，探花视频-精品探花视频 孙建科教授课题组在国际知名化学期刊《Accounts of Chemical Research》上发表题目为“Ionic Organic Cages as Adaptable Platforms for Cooperative Tandem Catalysis”的综述论文。该文章系统综述了以离子型有机笼为催化平台，构建仿生多功能催化剂实现复杂的协同串联催化的研究进展。该论文的第一作者为探花视频 博士研究生李军玉。此文章得到了国家自然科学基金的资助。

生命体系中，多价相互作用驱动生物分子有序组装并形成限域微环境，实现了底物分子的特异性识别、定向排列与局部富集；同时，依托区室化结构实现多活性位点的空间分隔与协同调控，从而维持复杂生命过程的有序运行。受此启发，仿生催化研究致力于构建人工限域腔体，以模拟生物体系中的多价组装与区室化结构。其中，有机分子笼因兼具结构明确的离散孔腔与优异可加工性，被视为构筑功能化仿生材料的重要结构平台。随着对天然分子组装体结构特征及催化机制认识的不断深化，离子型有机笼（ionic organic cages, IOCs）作为有机分子笼的荷电衍生材料，因其可调控的静电微环境与可设计的功能可调性，展现出独特的仿生催化优势。其荷电骨架不仅赋予材料良好的水溶性及可调的静电环境，而且为模拟生理条件下的分子组装与高效催化提供了重要基础；进一步结合离子交换与配体修饰策略，可实现孔腔内静电环境及功能基团分布的精准调控，从而增强对底物分子的特异性识别与定向作用。尤为重要的是，IOCs可通过静电作用、共价作用及配位作用驱动多级组装，并协同引入多种活性位点，为构建兼具结构稳定性与多功能协同效应的仿生催化体系提供了新的构筑平台。

本综述聚焦于离子型有机笼基多功能仿生催化剂的可控构筑及其在协同串联催化领域的重要研究进展。首先，概述了离子型有机笼的核心合成策略，包括荷电结构单元的直接组装，以及利用中和反应、亲核取代和氧化反应等后修饰手段实现电荷的可控引入。随后，本文提出“由内而外”的层次化分析框架，围绕离散纳米限域空腔、荷电骨架以及可交换功能性反离子三个核心要素，系统解析其赋予IOCs结构与功能仿生特性的关键机制。基于“静电介导与逐级组装（Electrostatic Mediation and Stepwise Assembly）”的设计原则，本文进一步阐明了荷电骨架与功能性反离子赋予的多价相互作用如何驱动体系的层级有序组装，并成功实现不同活性位点（如金属团簇、自由基、酶及金属配合物等）的协同集成与功能耦合。本文重点探讨了多活性位点间的协同催化机制，系统解析了区室化效应、电子通讯以及时空调控在其中发挥的核心作用。正是这些机制的协同耦合，成功驱动了一系列极具挑战性的串联催化反应：不仅解决了化学-酶串联体系中活性位点互不兼容的难题，更实现了高难度的一锅法氧化-还原及氧化-[3,3]-σ迁移重排等复杂级联过程。通过在功能层面模拟天然生物体系的空间分隔与动态调控特征，IOCs正逐步跃升为构筑复杂催化体系的新兴平台。其在精准性、多功能性与环境适应性等方面展现出的显著优势，为创制具备类生命催化复杂性的人工体系提供了极具前景的发展路径。

图1. 多价相互作用驱动离子型有机笼多级组装、多功能仿生催化体系构筑及协同串联催化研究

原文链接：//doi.org/10.1021/acs.accounts.6c00117  

附通讯作者简介：

孙建科，探花视频 教授，博士生导师，特立青年学者，国家级青年人才。长期从事功能多孔材料与团簇催化化学的交叉研究，系统发展了多级次多孔（笼）材料的高效合成与构筑策略，并将其用于绿色催化、复合团簇仿生催化、仿生通道等领域，取得了一系列创新性研究成果。迄今在Nature、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Chem. Soc. Rev.、Acc. Chem. Res.、Acc. Mater. Res.、 CCS Chem.等国际知名期刊杂志发表 SCI论文80余篇，多篇入选ESI高被引论文。曾入选皇家化学会Top 1%高被引学者，全球前2%科学家榜单等。

（审核：王振华）