供稿、供图：太阳集团8722c

近日，国际知名化学期刊《Accounts of Materials Research》以“Engineering Hierarchy to Porous Organic Cages for Biomimetic Catalytic Applications”为题，在线发表了太阳集团8722c孙建科课题组的综述文章。该文章系统综述了基于多级次结构组装工程构建多孔有机分子笼仿生催化剂的研究进展，揭示了多级次结构在提升催化活性和选择性方面的关键作用，并对该领域面临的挑战与未来发展方向进行了展望。该论文的第一作者为太阳集团网址8722博士后崔景旺。此项研究得到了国家自然科学基金的资助及太阳集团网址8722分析测试中心的支持。

多级次结构是生物体系实现高效催化功能的核心特征，广泛存在于蛋白质、核酸等生物大分子中，并赋予其精确调控复杂化学反应网络的能力。典型代表如酶，其通过多级组装形成的活性微环境可在温和条件下高效催化多步代谢反应，展现出极高的选择性和底物适应性。受此启发，近年来，人工仿生催化体系的设计与构建取得了重要突破。其中，多孔有机分子笼（Porous Organic Cages，POCs）因其可精确调控的笼状空腔结构和明确的分子识别位点，成为模拟酶限域催化微环境的理想平台。研究表明，分子笼不仅能通过纳米限域效应增强底物富集与活化，还可通过精准调控活性中心的微环境和空间排布，实现对反应路径的选择性控制。然而，现有多孔有机分子笼材料大多局限于单一尺度的固有孔道结构，缺乏类似生物酶的多级次组装特征，导致其在复杂催化体系中的应用受到限制。因此，如何通过多级结构工程策略优化分子笼催化剂的性能，已成为该领域亟待解决的关键科学问题。

本文系统综述了孙建科课题组近年来在多级次有机分子笼的可控组装构建与仿生催化应用领域取得的重要研究进展。首先，课题组发展了基于聚离子液体助剂耦合剪切力外场的高效可控分子笼合成新策略，实现了多种经典分子笼材料的高效制备，为后续组装与功能化研究奠定了材料基础。在此基础上，课题组提出了多级次有机分子笼的概念，其核心内涵包括：（1）结构多级次化，即以分子笼为基本构筑单元，通过超分子组装或共价连接构建具有多级孔道、嵌套腔室等复杂结构的材料体系；（2）组分多级次化，即通过精准引入金属团簇、络合物催化剂或生物酶等活性组分进行组装，构建具有多级化学组成的复合材料体系。基于上述设计理念，团队深入探讨了多级次分子笼在仿生催化中的应用机制：在单活性中心催化体系中，重点阐述了如何通过优化活性位点尺寸与空间分布、调控局部微环境来实现对催化反应活性与选择性的精确调控；在多活性中心协同催化体系中，系统揭示了多级次结构在空间分隔活性位点、促进中间产物快速传输及调控产物定向转化中的关键作用，探讨了腔体间交互通讯对催化活性与选择性的调控机制。最后，团队展望了多级次分子笼领域的未来发展方向，特别是在动态自适应催化、仿生多酶级联反应等前沿领域的潜在应用，以期为新一代仿生催化材料的理性设计提供理论指导和技术支撑。

图1面向仿生催化应用的有机分子笼多级次结构的示意图

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/accountsmr.4c00402

附通讯作者简介：

孙建科：太阳集团网址8722教授，博士生导师，特立青年学者，国家级青年人才。长期从事功能多孔材料与团簇催化化学的交叉研究，在高效合成多孔（笼）材料及其在绿色催化、复合团簇仿生催化和仿生通道等领域取得了一系列研究成果。迄今在Nature、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Chem. Soc. Rev.、Acc. Chem. Res.、Acc. Mater. Res.、CCS Chem.等国际知名期刊杂志发表SCI论文70余篇，多篇入选ESI高被引论文。曾入选皇家化学会Top 1%高被引学者，全球前2%科学家榜单等。

（审核：王振华）