高活性、高選擇性的多相催化材料創制是催化研究領域的重要目標。在眾多選擇性調控手段中，基于均多相融合理念構筑金屬-有機活性表界面是提高催化反應選擇性的有效技術。在既往研究中，催化劑選擇性的提高多以犧牲表面活性位點數量或催化活性為代價。通過分子印跡策略設計制備一類能同時提高催化劑活性和選擇性的均多相融合催化材料是值得研究的課題。
近年來，中國科學院蘭州化學物理研究所羰基合成與選擇氧化國家重點實驗室均多相融合催化課題組致力于表面配體構筑研究，關注配體與活性金屬的相互作用、表面新活性位點的構建。
近日，該團隊通過在Cu/Al2O3表面上依次吸附印跡分子（N）和印跡配體（L）的方法，制備了一系列分子印跡催化劑（Cu/Al2O3-N-L，圖1a）。該類催化材料對硝基化合物中的印跡分子表現出較高的加氫活性和獨特的分子印跡效應（圖1b）。科研人員通過結構表征和DFT計算發現該催化體系具有優異分子印跡效果，原因在于形成了新的活性Cu-N位點和精確的分子印跡空腔。該催化體系具有活性位點結構明確、易于循環利用、制備方法具有一定普適性等特點，為合成具有新活性位點和精確印跡腔結構的分子印跡催化劑提供了新思路。
一系列催化劑結構表征表明，分子印跡催化劑表面的金屬Cu與印跡配體L1之間存在電子相互作用，形成了穩定的Cu-N位點（圖2a-g）。同時，差分電荷密度圖證實了Cu-N之間的電子轉移（圖2h）。
進一步，該研究通過DFT計算發現，在印跡分子和印跡配體依次吸附在Cu表面后，Cu與N之間的相互作用構筑的Cu-N活性位點和分子印跡空腔是硝基化合物加氫活性和選擇性提高的根本原因。印跡空腔在對分子存在擇形效應的同時利于印跡分子的優先吸附（圖3a-h），Cu-N位點利于H2的活化解離，兩者協同作用提高了催化劑的活性和選擇性（圖3i-j）。
研究發現，該分子印跡催化劑可重復使用多次且相應的分子印跡功可得到保留（圖4c-d）。此外，科研人員通過更換印跡分子可制備出多種用于其他硝基化合物高選擇性加氫的分子印跡催化劑，表明該方法具有較好的普適性（圖4e-k）。
相關研究成果以Construction of Highly Active and Selective Molecular Imprinting Catalyst for Hydrogenation為題，發表在《美國化學會志》（JACS）上。研究工作得到國家自然科學基金和甘肅省自然科學基金等的支持。
