问题——温和条件下实现“又快又准又稳”仍是铜催化的关键难题。三组分脱氢偶联反应（A3偶联）是构建C–N键、C–C键的常用方法之一，广泛用于精细化工与药物中间体合成。但实际应用中，传统铜基催化体系往往需要较高温度或较强的氧化还原条件才能获得理想收率，同时还可能出现底物范围受限、区域选择性不佳、催化剂失活等问题。如何在室温等温和条件下兼顾高活性、高选择性与长期稳定运行，仍是限制该类反应继续推广的核心瓶颈。 原因——活性位点与稳定性难以兼得，结构—性能关系缺少可控抓手。从材料与机理角度看，铜资源丰富、成本较低，是实现规模化绿色催化的重要候选。但铜在反应过程中容易发生价态和配位环境变化，进而引发活性中心重构、团聚或失活。金属纳米团簇结构相对明确、比表面积大、活性位点更均一，有利于催化调控与机理研究；但铜纳米团簇往往稳定性不足、反应兼容性受限，成为其走向实用与放大的主要障碍。归根结底，需要一种结构设计：既能稳住团簇核心，又能为反应提供必要的动态配位空间。 影响——室温高选择性与多反应兼容，拓展铜催化在合成化学中的边界。本项研究提出以三齿N-杂环卡宾配体构建“动态L-配体”外壳，围绕Cu3铜纳米团簇形成兼具刚性与柔性的配位网络：一上通过稳定的C–Cu键与N–Cu配位对金属核提供有效保护，提升团簇耐受性与寿命；另一方面利用配体特定环境下的可解离与再配位，使活性中心保持必要的“呼吸式”开放，从而在稳定与活化之间取得平衡。实验表征显示，该催化体系可实现克级制备，并在特定溶剂体系中保持较长时间的结构稳定，为后续放大应用奠定基础。 更具现实意义的是，该体系在室温条件下同时适用于A3偶联及氧化还原-A3偶联。在底物普适性上，研究展示了醛、炔、胺三类底物组合的85个例子，产率最高达99%，催化周转数最高达3800，区域选择性普遍不低于95%，部分反应可实现完全区域选择性。这些结果表明，合理的配体工程支持下，铜纳米团簇有望摆脱“条件苛刻、选择性波动”的限制，向温和、高效、可控的方向推进。 对策——以“动态配体工程”提升可用性，并以理论计算协同解释选择性来源。在策略层面，该工作以配体设计化解“稳定性—活性”矛盾：通过可调的电子与空间效应为铜中心提供更可控的配位环境，并利用可逆配位在反应过程中释放与回收活性位点，从而降低失活风险、维持催化循环的连续性。为解释室温高效与高区域选择性的来源，研究结合理论计算提出可能的反应路径框架：关键中间体与过渡态能垒较低，使反应在室温下仍可推进；同时竞争路径间形成有利的能量差，从而导向稳定、可预测的选择性输出。有关机制分析与实验结果相互印证，也为后续同类催化剂的理性设计提供参考。 前景——面向精细化工与药物合成的可放大应用仍需补齐“回收循环”环节。从应用角度看，研究已完成克级放大实验，产物纯度较高，可直接用于后续合成步骤，显示出在药物化学与功能分子构建中的应用潜力。同时，团队对不对称催化版本进行了探索，虽仍需在产率与选择性上改进，但已显示该体系在手性合成与复杂分子构筑上具备拓展空间。下一步若能催化剂回收与循环使用、连续化工艺适配，以及更广泛溶剂与工业条件耐受性上取得突破，低成本铜基团簇催化有望在更多关键键构筑反应中发挥“绿色替代”作用，并加速实验室成果走向产业应用。
这项研究成果显示，我国功能化纳米催化材料研究上已具备较强的国际竞争力。研究将基础机制探索与实际合成需求紧密结合，为绿色催化体系的设计与应用提供了可借鉴的思路。随着“双碳”目标持续推进，此类绿色催化技术的进展有望为传统产业升级提供支撑，并为高质量发展注入新的动力。