催化剂是现代化学工业的关键，其中活性位是催化剂的核心，因此活性位的识别和设计是催化领域长期研究的主题。近年来，西安交通大学化工学院和国家储能平台常春然教授及其合作者提出全固体受阻路易斯酸碱对（Frustrated Lewis Pairs, FLPs）的概念，发展了系列全固体FLP催化剂的构筑方法，并应用于稳定小分子的高效活化及定向转化反应，形成了较为系统的FLP催化体系（Nature Commun. 2017, 8, 15266; Nature Commun. 2021, 12, 2305; J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 2171; J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 24609; Angew. Chem. Int. Ed. 2024, 63, e202405405）。近期，该团队围绕新型受阻催化体系设计，进一步发展了双受阻路易斯酸碱对（DFLPs）、受阻布朗斯特酸碱对（FBPs）、以及受阻离子对（FIPs）等新型受阻活性位点，研究结果分别发表在Angew. Chem. Int. Ed. 2026, 65, e23755; Angew. Chem. Int. Ed. 2026, doi: 10.1002/anie.5832908; Sci. Adv. 2026, 12, eaed1692等国际权威期刊上。
双受阻路易斯酸碱对（DFLPs）活性位的发展
FLPs作为一类重要的催化活性位点，已被广泛用于稳定小分子的高效活化和转化中。然而，随着催化反应复杂性的提升，单一FLPs活性位在多分子反应体系中逐渐显现出局限性，难以同时活化两/多类不同类型的反应分子。在此背景下，发展新型双FLPs活性位以实现不同反应分子的高效活化和转化，成为FLPs催化领域的重要研究方向。近期，常春然教授团队发展出一套基于结构均一性、配位环境与相稳定性的高通量筛选流程，从近5000个三元化合物中筛选出ZnGeN2、ZnSiN2和BeSiN2三种纤锌矿衍生材料，并在这些材料的(100)表面识别出结构均一且稳定的双FLPs活性位点（DFLPs）。其中，ZnGeN2(100)表面的两类FLPs呈现显著的酸碱特性差异，进而表现出明确的位点分工特征，即Zn∙∙∙N FLPs优先吸附并活化CO2，而Ge∙∙∙N FLPs则优先吸附并活化富氢小分子，使得DFLPs在逆水煤气变换、CO2氧化丙烷脱氢、甲烷干重整反应中均表现出优异催化性能。
相关研究成果以“Uniform and Stable Dual Frustrated Lewis Pairs Enabling Highly Efficient Conversion of CO2 With Hydrogen-rich Molecules”（《均一稳定的双受阻路易斯酸碱对用于二氧化碳与富氢分子的高效转化》）为题，发表在化学领域顶尖期刊Angewandte Chemie International Edition（《德国应用化学》）上，博士生余希阳为论文的第一作者。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202523755
图1 双受阻路易斯酸碱对（DFLPs）催化CO2与富氢分子反应示意图
受阻布朗斯特酸碱对（FBPs）活性位的提出
受FLPs概念的启发，常春然教授团队近期又将酸碱催化的另一分支——布朗斯特酸碱引入受阻催化体系探索中，并在HZSM-5分子筛中提出了受阻布朗斯特酸碱对（FBPs）活性位的新概念。FBPs和FLPs在本质上存在显著差异：布朗斯特酸碱对以质子转移为特征，而路易斯酸碱对以电子转移为特征。基于HZSM-5的布朗斯特酸碱对具有独特的共轭性，位点酸碱性随着质子的传递发生动态翻转，表现出两种可互变的FBPs共轭状态。这种位点共轭提供了一条高效的质子转移通道，同时可动态调节基元反应步的热力学特性，对涉及质子传递的化学反应表现出独特的动态反应特征与高催化活性。文章以甲醇制烯烃反应为例，发现含FBPs位点的HZSM-5催化剂表现出优异的反应活性，速控步势垒相比传统布朗斯特酸碱位点降低了0.74 eV，催化反应速率提升约6个数量级，进一步体现了FBPs位点的高催化活性。相关研究成果以“Frustrated Brønsted Pairs: A Kind of Highly Active but Neglected Site in HZSM-5 Zeolite”（《受阻布朗斯特酸碱对：HZSM-5分子筛中一类高活性但被忽视的位点》）为题，发表在化学领域顶尖期刊Angewandte Chemie International Edition（《德国应用化学》）上，博士生刘寒轩为论文的第一作者。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.5832908
图2 受阻布朗斯特酸碱对（FBPs）及其动态催化机制示意图
受阻离子对（FIPs）活性位的提出
在FLPs和FBPs研究的基础上，常春然教授团队又将受阻催化体系延伸到阴阳离子对催化的反应。该团队通过阳离子尺寸工程，精确调控离子间的距离与相互作用，创新性地提出了一种几何受控的受阻离子对（FIPs）活性位点。不同于FLPs和FBPs，FIPs利用“释放阴离子”与“强局域电场”的协同效应，为CO2环加成反应创造了一个高效的催化场所。研究发现，当阴阳离子间距达到最优（4.11 Å）时，FIPs能够产生与CO2分子高度匹配的极化电场和适度的阴阳离子活性，显著增强反应底物的活化及转化效率。该工作不仅提出了受阻离子对活性位新概念，而且揭示了FIPs在小分子活化中的非凡潜力，更通过底层逻辑的创新，为设计高活性、高稳定性的CO2资源化利用催化剂提供了全新的视角。相关研究成果以“Synergy of Liberated Anions and Intense Electric Field in Frustrated Ion Pairs for Enhancing CO2 Cycloaddition”（《受阻离子对中的阴离子释放与强局域电场协同促进二氧化碳环加成反应》）为题，发表在综合类顶尖期刊Science Advances（《科学进展》）上，博士生罗得存为论文的第一作者。
论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aed1692
图3 受阻离子对（FIPs）提升催化活性的机制示意图
以上系列进展进一步拓宽了受阻活性位点对的边界，为建立“受阻催化体系”奠定了坚实基础。西安交通大学常春然教授为上述三篇论文的唯一通讯作者，西安交通大学化工学院为第一完成单位。上述工作得到了国家自然科学基金联合基金重点项目、国家重点研发计划课题、陕西省科技创新团队、以及国家储能技术产教融合创新平台（中心）的支持，特此致谢。
更多相关研究见常春然教授课题组主页：http://gr.xjtu.edu.cn/web/changcr
