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导读
近日，西安交通大学师仁义团队在光驱动镍催化C–C键构筑领域取得突破性进展，成功制备了一种可回收的LaFeO₃/LaCoO₃/g-C₃N₄异质结，基于该材料实现了镍/光协同催化的芳基碘化物与烷基卤化物之间的高效亲电交叉偶联反应，避免了使用存在安全隐患的粉末金属还原剂。相关成果以《可回收双Z型钙钛矿/g-C₃N₄异质结实现光氧化还原镍催化C(sp²)–C(sp³)亲电交叉偶联》（Recyclable dual Z-scheme perovskite/g-C₃N₄ heterojunction enables photoredox nickel-catalyzed C(sp²)–C(sp³) cross-electrophile coupling）为题，发表于国际著名期刊《自然-通讯》（Nature Communications）。
有机化学的核心在于碳-碳键的构筑。镍催化亲电交叉偶联反应（XEC）为构建C(sp²)–C(sp³)键提供了一条高效、经济的合成路径。由于该方法底物制备简单、官能团耐受性出色、成本低廉，已成为当前药物化学及复杂天然产物全合成中最具发展前景的方法之一。然而，传统XEC反应普遍依赖化学计量的金属还原剂，带来以下几个挑战：a) 大量易燃金属粉末的使用存在安全隐患；b) 反应会产生对环境不友好的金属废料（如MnX₂、ZnX₂），这些废料不仅难以分离，还受到严格的废弃物处理法规限制；c) 反应体系为非均相，混合效果不佳，加上金属还原剂质量不稳定，容易导致反应过程不稳定。
针对上述挑战，研究团队开发了一种可回收的LaFeO₃/LaCoO₃/g-C₃N₄异质结。该异质结具有阶梯式能带结构和双Z型载流子迁移路径，通过协同提高氧化还原电位，并借助高效界面电荷转移延长光生载流子寿命，从而显著增强了光催化性能。利用该异质结，研究团队成功实现了镍/光氧化还原双催化的芳基碘化物与烷基卤化物之间的XEC反应，完全避免了化学计量金属还原剂的使用。该催化体系对不同芳基碘化物和烷基卤化物均表现出广泛的兼容性，目标产物产率最高可达98%。该钙钛矿/g-C₃N₄光催化剂可实现定量回收，并在5次循环中保持稳定活性（产率>90%），显著提升了工艺的可持续性。机理研究表明，来自异质结的光生电子同时介导了烷基卤化物的活化以及镍催化剂的还原。
光驱动镍催化亲电交叉偶联反应
该成果精准对接“双碳”目标与“绿色化学”需求，既实现了温和条件下C(sp²)–C(sp³)键的高效构筑，又避免了传统金属还原剂带来的安全风险与金属盐废料污染。其核心技术不仅拓展了光/镍协同催化亲电交叉偶联反应的应用边界，更推动了异质结光催化与有机合成的交叉融合，为构建可持续、低碳排放的合成化学框架提供了重要支撑，有望广泛应用于药物、农用化学品及精细化工等工业领域，助力绿色低碳发展转型。
西安交通大学化工学院为该论文的第一完成单位，化工学院博士生王睿为第一作者，化工学院师仁义研究员和欧鸿辉研究员为共同通讯作者。该研究得到陕西自然科学基金与西安交通大学青拔经费等项目支持，表征测试工作得到了西安交通大学分析测试共享中心的支持。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-72420-w
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