一作兼通讯，时隔3年师徒二人再联手，Nature之后再发Science

清华大学王定胜教授与香港城市大学楼雄文教授，杨嘉睿研究助理教授合作，在Science发表电催化丙烷脱氢最新成果。这是继2023年Nature论文后，王定胜教授与杨嘉睿教授师徒联手的又一里程碑式突破——从当年的博士生第一作者，到如今的一作兼通讯作者，师徒二人再次书写里程碑。

这项最新发表在Science的研究，瞄准了丙烷脱氢（PDH）这一化工领域的"圣杯反应"。丙烯作为全球最重要的化工原料之一，主要用于合成聚丙烯、丙烯腈等产品。传统热催化PDH工艺需要在400-600℃的高温下运行，这不仅导致催化剂因积碳和烧结而频繁失活，还需要复杂的再生周期和能耗极高的深冷分离工序。研究团队另辟蹊径，开发了自组装离子液体SnO₂空心球电催化剂，在常温条件下实现了高效电催化丙烷脱氢，克服了高温工艺的诸多弊端。

催化剂的精妙设计体现了团队对活性位点调控的深刻理解。通过一步水热法，研究人员将5 wt%的DABCO离子液体引入SnO₂体系，构建了平均直径约150 nm的空心球结构。高分辨电镜观察到的0.335 nm和0.263 nm晶格间距分别对应SnO₂的（110）和（101）晶面，而离子液体在（110）晶面的选择性吸附创造了缺电子锡位点。这种电子效应不仅显著提升了溴自由基的生成效率，还通过C6-烷基链构建了疏水微环境，有效稳定了反应中间体。比表面积从纯SnO₂的85.4 m²·g⁻¹跃升至198.3 m²·g⁻¹，为丙烷吸附提供了充足的活性空间。

反应机理的揭示是这项工作的另一大亮点。研究团队利用原位衰减全反射表面增强红外吸收光谱和紫外-可见光谱，捕获了反应过程中的关键中间体。红外光谱在1100 cm⁻¹、1284 cm⁻¹和1438 cm⁻¹处的特征峰证实了氢键网络与氮位点质子化的协同作用，而紫外-可见光谱在252 nm处的吸收峰直接验证了溴自由基的存在。密度泛函理论计算进一步量化了离子液体的促进作用——溴自由基生成能垒从非催化体系的1.85 eV骤降至0.69 eV，这解释了为何该催化剂对溴自由基形成表现出27.45 kJ·mol⁻¹的低活化能，而对竞争性的羟基自由基生成则保持着65.55 kJ·mol⁻¹的高能垒。

回望三年前的2023年5月，同样是这对师徒组合，在Nature期刊发表了CO₂介导的有机催化氯析出研究。当时作为博士生的杨嘉睿担任第一作者，王定胜教授与李亚栋院士为共同通讯作者。那项工作首次将酰胺官能团有机小分子与CO₂结合，开发出了可媲美贵金属的氯碱电催化剂，为百年氯碱工业带来了颠覆性的技术革新。

从Nature到Science，从氯活化到溴介导，两次突破在技术路线上呈现出清晰的延续性。两者都通过分子工程手段精准调控活性位点的电子结构，都依托原位表征深入理解反应机理。这种方法论上的一致性，反映了师徒二人对电催化本质的把握。而研究体系从有机小分子到离子液体-金属氧化物的拓展，则展示了该研究范式的普适性——无论是氯碱工业还是烯烃生产，电化学都有可能成为颠覆传统热催化的革命性力量。

师徒合影。来源网络

更值得关注的或许是研究者身份的变迁。2023年的Nature论文中，杨嘉睿是清华大学化学系的在读博士生；而在2026年的Science论文中，他已是香港城市大学的研究助理教授，以通讯作者的身份与恩师再度合作。这种从"第一作者"到"通讯"的转变，只用了不到三年时间。王定胜教授与杨嘉睿博士的两次联手，不仅是两篇顶级论文的简单叠加，更是学术传承与创新的生动诠释。传承的是严谨的治学态度和对催化科学的热爱。从氯碱工业到丙烯生产，师徒二人连续在两大基础化工领域实现原理性突破，涉及万亿级市场规模的基础化学品，为化工行业的低碳化转型提供了可行的技术路径。

期待这对"黄金师徒组合"未来带来更多惊喜。