纳米限域在自然界中普遍存在，从酶催化活性中心到细胞内的纳米反应器，限域空间不仅影响分子的传质与碰撞行为，更可显著影响反应物的构型、电子态及反应路径。近年来，纳米限域已逐渐成为材料科学领域的研究热点，在催化、能源存储与分离、环境治理等方向展现出广阔应用前景。总体而言，现有研究多集中于限域空间的传质强化、反应物富集或活性位点稳定化等宏观效应，关于限域能否进一步调控催化材料自身原子尺度的结构特性，进而实现反应路径的精准设计，尚缺乏明确答案。
近年来，潘丙才教授团队围绕水处理过程中纳米限域效应的基础研究与技术创新开展了系统研究，在纳米限域功能材料构筑、限域吸附、限域催化及限域分离等方面取得了系列重要进展（Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2019, 116, 6659; Environ. Sci. Technol. 2024, 58(1), 826-835；Nat. Commun. 2024, 15, 917; Nat. Commun. 2024, 15, 2808; J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 20, 17144–17151; Environ. Sci. Technol. 2025, 59, 42, 22950–22960; Nat. Water 2025, 3, 1281–1290）。近期，课题组将纳米限域效应的研究范畴拓展至单原子催化剂的设计领域，针对传统方法难以协同调控活性位点配位结构和空间排布的问题，提出了一种纳米限域驱动的单原子催化剂设计策略：通过构筑孔径可调的碳纳米管限域空间，同步实现了单原子位点配位数与位点间距的双重调控，促使铁单原子由Fe–N4配位构型逐步转变为Fe–N5构型，同时显著缩短相邻Fe–Fe间距。跨尺度的结构重构有效重塑了催化剂的电子结构，诱导高价铁物种近乎100%的选择性生成，并实现对催化反应路径的定向调控。进一步将该策略拓展至钴、锰等单原子体系，同样观察到高价金属氧物种的高选择性生成，证实了该策略在原子级结构调控方面的普适性。这一研究搭建了原子尺度配位工程与纳米尺度空间工程之间的桥梁，提出了一种材料设计新范式，为选择性催化、能源转化及环境材料等领域提供了新的发展思路。
上述研究成果以“Nanoconfinement-directed dual modulation of coordination and inter-site distance in single-atom catalysts for selective catalysis”为题，发表于Cell Press细胞出版社旗下期刊Matter（https://doi.org/10.1016/j.matt.2026.102908）。课题组博士生王雪凝为论文第一作者，潘丙才教授与付宛宜助理教授为共同通讯作者，南京大学物理学院刘力哲教授为共同作者。本研究获得国家自然科学基金（批准号：22236003和22376093）及江苏省自然科学基金项目（BK20230797）的资助。
本文来源：环境功能材料与水污染控制。
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