湖南大学吴英鹏-香港大学梁芃团队， Research观点：机械辅助液态金属催化实现高效碳-碳偶联

第一作者：杨鹏坤

通讯作者：吴英鹏*，梁芃*

单位：湖南大学，香港大学

镓基液态金属凭借其独特的界面动态流动性，可实现反应界面的持续更新，有效规避传统固态金属催化剂易出现的焦化、失活等问题。但其在有机合成领域的应用相关报道仍较为匮乏，其发展主要受限于三方面因素：1. 镓基液态金属与有机反应物之间润湿性较差，致使催化反应的有效界面受限，难以发挥液态金属的流体本征优势；2. 镓基液态金属的可选用种类有限，制约了其在各类有机反应中的规模化应用；3. 液态镓溶解或分散活性金属含量偏低，难以支撑反应的连续高效进行。

近日，湖南大学吴英鹏教授与香港大学梁芃研究助理教授团队合作，在《Research》期刊上发表题为“Ga-Based Liquid Metal Catalyst for Mechano-Assisted Carbon-Carbon Coupling Reaction”的研究论文。该工作提出了一种机械辅助液态金属催化策略，构建了金属基“介质-催化”一体化反应体系，利用液态金属兼具动态催化与溶剂功能的特性，一步实现了多元液态金属催化体系的构建和有机小分子的高效碳-碳偶联，为绿色、高效有机合成提供了新思路。

研究通过机械球磨辅助，在较低能量输入（270 rad/min）下实现液态金属与反应物的均匀混合，构建富电子反应环境，显著提升传质效率与原子利用率。同时，该体系摒弃了传统有机溶剂的使用，转而以机械能驱动反应，替代了传统热活化方式。

该策略成功应用于乌尔曼型还原偶联与[2+2+2+2]炔烃环加成反应，液态金属体系（L-Ga、L-GaMg、L-GaNi）在反应速率、选择性与稳定性方面均优于传统固态金属催化剂。并克服了传统有机溶剂中难溶物合成困难的问题。

研究从能量耗散、传质过程及电子结构角度阐明其催化优势，并利用该体系合成共轭多孔有机聚合物，其在钠氯电池中展现出优异的电化学性能，体现了材料-器件协同设计的潜力。

该机械辅助液态金属催化策略不仅拓展了液态金属在有机合成中的应用边界，也为发展高效、低耗、可持续的催化体系提供了理论与实验基础，未来有望推动更多金属-流体催化系统的发展。

该工作提出了一种机械辅助液态金属的催化策略，构建了一种金属基“介质-催化”一体化反应体系。该体系利用液态金属兼具动态催化与溶剂功能的特性，克服了传统固态金属催化在能量损耗、传质效率及原子利用率等方面的限制。这不仅拓展了有机催化的方法体系，也为发展高效、低耗、绿色的化合成提供了理论与实验基础。

Ga-Based Liquid Metal Catalyst for Mechano-Assisted Carbon-Carbon Coupling Reaction

杨鹏坤博士，博士及博士后阶段均师从湖南大学吴英鹏教授，主要从事镓基液态金属物性研究，并基于此开展多学科交叉探索。近五年在Research，Cell Reports Physical，Advanced Functional Materials ，Science China Materials等国内外学术期刊发表多篇论文，现为安阳工学院化学与环境工程学院讲师。

吴英鹏教授本科毕业于上海交通大学化学化工学院，博士毕业于南开大学化学学院，导师为陈永胜院士，之后在斯坦福大学戴宏杰院士课题组任博士后，威斯康辛州立大学陈君红教授课题组任副研究员。现任职湖南大学化学化工学院，化学系主任，入选国家高层次人才项目。近年来，发表论文70余篇，引用超过12000次，h因子40。

梁芃研究助理教授2021年博士毕业于清华大学，导师汪长安教授。并于斯坦福大学戴宏杰院士课题组进行博士联合培养。随后在戴宏杰院士课题组从事博士后研究工作，并于2023年归国加入香港大学化学系，担任研究助理教授至今。长期从事高能量密度二次电池，碱金属/氯气二次电池，超低温氯气电池和无负极锂电池等领域的研究工作。近五年以通讯/第一作者在JACS，Adv. Mater.，PNAS等期刊发表研究论文多篇。任National Science Review学科编辑组成员，及Nature Comm.，Adv. Mater.，Angew.，JMCA等期刊长期审稿人。