導(dǎo)讀

近日，西安交通大學(xué)師仁義團(tuán)隊(duì)在光驅(qū)動鎳催化C–C鍵構(gòu)筑領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，成功制備了一種可回收的LaFeO?/LaCoO?/g-C?N?異質(zhì)結(jié)，基于該材料實(shí)現(xiàn)了鎳/光協(xié)同催化的芳基碘化物與烷基鹵化物之間的高效親電交叉偶聯(lián)反應(yīng)，避免了使用存在安全隱患的粉末金屬還原劑。相關(guān)成果以《可回收雙Z型鈣鈦礦/g-C?N?異質(zhì)結(jié)實(shí)現(xiàn)光氧化還原鎳催化C(sp2)–C(sp3)親電交叉偶聯(lián)》（Recyclable dual Z-scheme perovskite/g-C?N? heterojunction enables photoredox nickel-catalyzed C(sp2)–C(sp3) cross-electrophile coupling）為題，發(fā)表于國際著名期刊《自然-通訊》（Nature Communications）。

有機(jī)化學(xué)的核心在于碳-碳鍵的構(gòu)筑。鎳催化親電交叉偶聯(lián)反應(yīng)（XEC）為構(gòu)建C(sp2)–C(sp3)鍵提供了一條高效、經(jīng)濟(jì)的合成路徑。由于該方法底物制備簡單、官能團(tuán)耐受性出色、成本低廉，已成為當(dāng)前藥物化學(xué)及復(fù)雜天然產(chǎn)物全合成中最具發(fā)展前景的方法之一。然而，傳統(tǒng)XEC反應(yīng)普遍依賴化學(xué)計(jì)量的金屬還原劑，帶來以下幾個挑戰(zhàn)：a) 大量易燃金屬粉末的使用存在安全隱患；b) 反應(yīng)會產(chǎn)生對環(huán)境不友好的金屬廢料（如MnX?、ZnX?），這些廢料不僅難以分離，還受到嚴(yán)格的廢棄物處理法規(guī)限制；c) 反應(yīng)體系為非均相，混合效果不佳，加上金屬還原劑質(zhì)量不穩(wěn)定，容易導(dǎo)致反應(yīng)過程不穩(wěn)定。

針對上述挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種可回收的LaFeO?/LaCoO?/g-C?N?異質(zhì)結(jié)。該異質(zhì)結(jié)具有階梯式能帶結(jié)構(gòu)和雙Z型載流子遷移路徑，通過協(xié)同提高氧化還原電位，并借助高效界面電荷轉(zhuǎn)移延長光生載流子壽命，從而顯著增強(qiáng)了光催化性能。利用該異質(zhì)結(jié)，研究團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)了鎳/光氧化還原雙催化的芳基碘化物與烷基鹵化物之間的XEC反應(yīng)，完全避免了化學(xué)計(jì)量金屬還原劑的使用。該催化體系對不同芳基碘化物和烷基鹵化物均表現(xiàn)出廣泛的兼容性，目標(biāo)產(chǎn)物產(chǎn)率最高可達(dá)98%。該鈣鈦礦/g-C?N?光催化劑可實(shí)現(xiàn)定量回收，并在5次循環(huán)中保持穩(wěn)定活性（產(chǎn)率>90%），顯著提升了工藝的可持續(xù)性。機(jī)理研究表明，來自異質(zhì)結(jié)的光生電子同時介導(dǎo)了烷基鹵化物的活化以及鎳催化劑的還原。

光驅(qū)動鎳催化親電交叉偶聯(lián)反應(yīng)

該成果精準(zhǔn)對接“雙碳”目標(biāo)與“綠色化學(xué)”需求，既實(shí)現(xiàn)了溫和條件下C(sp2)–C(sp3)鍵的高效構(gòu)筑，又避免了傳統(tǒng)金屬還原劑帶來的安全風(fēng)險與金屬鹽廢料污染。其核心技術(shù)不僅拓展了光/鎳協(xié)同催化親電交叉偶聯(lián)反應(yīng)的應(yīng)用邊界，更推動了異質(zhì)結(jié)光催化與有機(jī)合成的交叉融合，為構(gòu)建可持續(xù)、低碳排放的合成化學(xué)框架提供了重要支撐，有望廣泛應(yīng)用于藥物、農(nóng)用化學(xué)品及精細(xì)化工等工業(yè)領(lǐng)域，助力綠色低碳發(fā)展轉(zhuǎn)型。

西安交通大學(xué)化工學(xué)院為該論文的第一完成單位，化工學(xué)院博士生王睿為第一作者，化工學(xué)院師仁義研究員和歐鴻輝研究員為共同通訊作者。該研究得到陜西自然科學(xué)基金與西安交通大學(xué)青拔經(jīng)費(fèi)等項(xiàng)目支持，表征測試工作得到了西安交通大學(xué)分析測試共享中心的支持。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-72420-w