江苏大学施伟东/张龙团队Perspective文章：静电场高效催化化学合成

江苏大学施伟东教授/张龙教授团队归纳了传统催化方式（Molecular Catalysis）存在的问题，强调了定向静电场作为绿色催化剂的前景和可能性，展望了极化材料、微滴化学、摩擦静电等方式可以作为静电催化（Electrostatic Catalysis）的发展方向，以期推动静电场催化调控大尺度化学过程的跨越。

催化科学在能源、化工、食品、医药、电子等众多领域均扮演这非常重要的角色。据统计，全球90%以上的化学生产过程都离不开催化。因此，开发高效、绿色和经济的催化技术，实现对化学反应活性和选择性的有效调控是科学家们目前亟需解决的科学问题之一，更是实现国家“双碳”目标重要战略举措中的关键环节。定向静电场有望取代传统化学试剂用于催化调控一些化学反应。与传统的化学催化过程相比较，静电催化具有以下几点优势：（1）节省了筛选合适化学催化剂的反复试验工作；（2）不需要在反应结束后将某些贵重的化学催化剂从产物中分离回收；（3）避免了传统化学催化剂合成工业对人体健康和环境造成危害；（4）可以通过改变外加静电场的大小和方向来准确调控反应速率和改变产物的立体选择性。然而，目前大部分关于静电催化的报道都集中在理论研究上，少量的实验证据也仅限于微观纳米尺度上单分子反应。

最近，施伟东教授/张龙教授团队总结了目前静电催化领域的相关实验报道，即通过调整作用于特定反应过程上的静电场，能够改变化学键的解离能、催化/抑制反应化学、调控反应机理和控制产物结构（见下图）。静电作用之所以能调控这些化学过程，是因为反应分子和过渡态分子与定向静电场之间具有独特且可预测的相互作用。此外，该团队还展望了将该催化策略扩展到大尺度化学反应的可能平台：（1）纳米极化材料：当其受到机械刺激（如超声）时，这些纳米材料内部会产生极化电场，从而在材料表面引诱生成自由电荷参与化学反应；（2）摩擦电荷：当两种介电材料互相摩擦时，会在它们表面产生电子或者带电分子片段，而在介电材料表面形成的静电场可能会改变反应物的活性；（3）微滴环境：通过电喷雾技术可以将溶液转化成微纳尺寸的液滴，微滴的微纳环境被证实存在10⁷ V/cm的电场，与溶液体系相比，能够更加有效地催化化学反应。本文不仅展示了目前静电场作为绿色催化剂的研究热点，而且对扩展这种催化方式到可加工的化学工艺具有指导意义。

论文的第一作者为江苏大学硕士宋晓雪，通讯作者为江苏大学施伟东教授和张龙教授。详见：Xiaoxue Song, Shun Li, Jianming Zhang, Weidong Shi and Long Zhang. Electrostatics Advancing Green Catalysis Events. Sci. China. Chem., 2023, DOI: 10.1007/s11426-023-1604-6.

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【通讯作者简介】

张龙 江苏大学化学化工学院教授。2018年于澳大利亚伍伦贡大学获得博士学位（导师Gordon G. Wallace和Simone Ciampi）。2018-2020年在澳大利亚新南威尔士大学从事博士后研究（导师J. Justin Gooding）。2020年11月入职江苏大学，主要研究定向静电场催化调控化学反应、液/液界面和气/液界面上的反应机理探究、碰撞电化学等基础研究。

施伟东 教授，博士生导师，国家杰出青年基金获得者。2007年毕业于中国科学院长春应用化学研究所稀土资源高效利用国家重点实验室，获理学博士学位，师从张洪杰院士。先后在英国皇家学会国际人才引进计划奖学金和德国洪堡奖学金的资助下，分别英国格拉斯哥大学和德国科隆大学从事博士后研究。目前研究主要集中在高效能量转换纳米材料的控制合成、电极型纳米催化体系结构设计与强化、无机-生物协同催化体系构建及性能方向。

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