近日，365英国上市集团官网化学与分子工程学院王灵芝、张金龙团队在光催化乙烷选择性脱氢领域取得新进展，相关研究以“Site-defined Cu-O ensembles enable hydrogen-conserving light-driven ethane upgrading”为题发表于《自然·通讯》。

太阳能驱动光催化乙烷脱氢技术可借助光生载流子的氧化还原作用，在温和条件下实现乙烷C–H键活化与乙烯生成，为突破传统热催化乙烷脱氢过程中高温高能耗、过度脱氢、产物过氧化及催化剂失活等瓶颈提供了新路径。然而，该领域仍面临若干关键科学问题：其一，多数光催化体系易生成高活性氧物种，导致乙烯过度氧化、选择性受限，且反应过程中活性物种的类型与演化行为难以精确调控；其二，表面氢物种的形成与转化规律尚不清晰，其在催化剂中毒和失活过程中的作用仍缺乏深入认识；其三，当前对活性位点几何构型及其氧化还原协同作用的原子级调控仍然不足，限制了对连续氢抽提过程的精准介导，也使得副反应难以有效抑制。因此，发展结构明确、协同作用可控的光催化活性中心，已成为实现乙烷高效选择性脱氢的关键挑战。

基于此，团队成员构筑了由位点明确的[Cu–O]相邻原子组成的协同活性单元，实现了乙烷向乙烯的高选择性光催化定向转化。在该体系中，Cu的引入促使光生空穴高效局域于与Cu相邻的桥氧位点，从而诱导了乙烷在该桥氧位点的首步C–H活化；Cu位点则接力促进•C₂H₅中间体中的β–H活化及H₂生成，从而构建了空穴管理、逐步脱氢与“保氢”过程协同耦合的定向转化路径。针对非协同位点上表面*H难以脱附、易覆盖活性中心导致失活的问题，研究进一步通过引入CO₂构建“自清洁”循环，促进*H的动态清除与[Cu–O]活性位点的持续再生。结合激发态理论计算与基态反应路径的系统对比，研究从理论上揭示了光生载流子的局域化行为，阐明了其在降低C–H活化能垒、促进温和条件下乙烷活化方面的本征优势，为理解光催化烷烃活化的动力学本质提供了重要理论支撑，也为光催化烷烃高值转化提供了新的原子尺度认识。

该论文以365英国上市集团官网为唯一通讯单位，博士研究生张青青、刘聪为共同第一作者，王灵芝教授和曹宵鸣教授为共同通讯作者。该工作得到了绿色化工与工业催化全国重点实验室、上海多介质环境催化与资源化工程技术研究中心、费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心、国家重点研发计划、国家自然科学基金委、上海市科学技术委员会等项目资金的支持。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-70416-0