Chem. Eur. J. ：分子笼嵌入压电聚合物实现分子选择性与机械能驱动结合的仿酶催化
酶的分子选择性催化作用对生命至关重要，但它们的作用机制仍不清楚。单原子催化具有与生物系统相媲美的高原子利用率，但仍缺乏酶催化的高选择性。近日，中国地质大学（北京）安琪课题组首次报道了单原子催化、超分子识别和压电场在实现高性能分子选择性催化中的协同效应。
以聚（偏二氟乙烯-co-六氟丙烯）（PVDF-HFP)为压电聚合物基体，金属有机分子笼（MOP-NH2）为填料，提出了一种仿酶催化结构。该结构整合了以下三个关键功能特征: i) 实现了单原子催化中心有效的轨道杂化和能极差减小，ii) 分子笼以高度选择性的方式封装客体分子，iii) 压电电场为催化提供能量。
图1. 材料制备和主客体结合前后能极差变化示意图。A. MOP-NH2结构示意图; B.多孔MOP-NH2/PVDF-HFP复合膜的制备; C. 压电电场可以激发电子跃迁，主客体复合物的能极差减小。
研究发现，客体分子不仅需要在分子水平上符合宿主对形状和大小的要求，还需要通过与活性位点的有效螯合来实现电子结构的匹配。更严格的电子匹配促使催化反应比单纯的分子封装具有更高的选择性。螯合作用触发了主客复合体的能量变化，而由电荷位置变化引起的随机压电场可以激发能垒更小的主客体复合体中的电子转移，从而促进氧化还原化学反应在压电场中更有效地发生。在本文中，封装和螯合的客体分子，如罗丹明B (RhB)在100分钟内有效地被降解，降解效率高于90%。相比之下，在笼状封装或与Zr原子螯合效率低下的分子则不能被转化。期望对这一人工系统的科学认识可以启发催化化学转化系统的创新设计。
图2. A. 探究主客体结合对降解性能的影响; B. 催化降解的选择性研究；C. 本文中客体染料分子的化学结构、与MOP-NH2的结合能以及降解效率的总结。
论文信息：
Enzyme-mimetic molecular selective catalysis via single Zr atom catalysis in chelated cage embedded in a flexible piezoelectrical matrix
Chao Liu, Zhensheng Chen, Kaixuan Teng, Wangshu Tong, Yihe Zhang, Whowwei Chee, Qi An
文章第一作者是中国地质大学（北京）的博士研究生刘超。
Chemistry – A European Journal
DOI: 10.1002/chem.202104287
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