納米限域化學反應，是指限域在納米通道內部的化學反應，通常比通道外部和體相中反應具有更高的選擇性和反應效率。納米限域化學反應領域的研究已經取得較大進展，其中一維納米限域化學反應研究最為廣泛，包括碳納米管、金屬氧化物納米通道、介孔納米通道等材料。然而，納米限域作用增強反應性能的本質機理仍不明確，這成為納米限域化學反應領域的一個亟待解決的挑戰性難題。
近日，中國科學院院士、中國科學院理化技術研究所研究員江雷（通訊作者）和副研究員張錫奇（通訊作者）發表了題為1D Nanoconfined Ordered-Assembly Reaction 的綜述文章。文章首先概述了一維納米限域化學反應的發展現狀，包括有機合成、聚合反應，以及金屬表面的納米限域預組裝反應。然後論述了生物納米通道和人工納米通道中物質的超快輸運現象，並介紹了“量子限域超流體”概念，將納米通道內的物質超快輸運現象解釋為焓驅動的限域有序流體。受生物DNA合成的程序化組裝反應啟發，通過結合量子限域超流體概念和前線分子軌道理論，文章提出了“有序組裝反應”的新概念，用於理解納米限域作用增強反應性能的本質機理。一方面，受納米限域作用的影響，反應物分子將有序排列並且轉變分子構型，以滿足前線軌道理論的對稱性匹配原則，降低反應能壘，提高反應活性和立體選擇性。另一方面，通道內的反應物分子流體將呈現出量子限域超流體特徵的超快流動，在保證高反應效率的同時減少反應物和催化劑的接觸時間，抑制副反應的發生，提高產物的選擇性。此外，反應物分子在催化劑表面的快速吸附-解吸附過程可降低催化劑失活或中毒的幾率，延長催化劑壽命。因此，一維納米限域化學反應的選擇性和反應效率均能得到進一步提升。最後，文章在展望中指出，“有序組裝反應”概念的提出，將促進界面催化化學理論的發展，實現高反應效率、高產率和高選擇性的集成優化，為化學、化工和合成生物學等領域的未來發展開闢新的道路。
論文發表在Adv. Mater. Interfaces上（Adv. Mater. Interfaces. 2019, 6, 1900104），並被遴選為當期封面文章，論文第一作者是理化所2017級直博生劉士傑。
相關工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金委和高等學校學科創新引智計劃的大力支持。
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/admi.201900104
一維納米限域有序組裝反應
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