开发高效、低H₂O₂消耗的苯选择性氧化制苯酚（SOBP）催化剂对于实际应用至关重要，但仍存在挑战。

基于此，大连理工大学赵忠奎教授、太原理工大学章日光教授和中科院大连化学物理研究所刘岳峰研究员（共同通讯作者）等人报道了通过水分子催化预组装热解法制备了具有单原子Cu₁-N₁O₂配位结构的N/C材料（Cu-N₁O₂ SA/CN）。

其在H₂O_2/苯摩尔比为2: 1的条件下有效促进SOBP反应，具有83.7%的苯转化率和98.1%的苯酚选择性。结果表明，对比Cu₁-N₂催化剂（190 h^-1）、Cu₁-N₃催化剂（90 h^-1）和Cu纳米颗粒催化剂（58 h^-1），其周转频率（435 h^-1）更高。

DFT计算，研究了各种单原子Cu配位构型的电子性质和反应机理。由于O原子比N原子具有更强的亲电性，Cu₁-N₁O₂位点比Cu₁-N₂和Cu₁-N₃位点更有利于电荷分布，从而使CN载体与Cu原子之间的电子转移更快。

Bader电荷分析表明，Cu₁-N₁O₂位点Cu原子向相邻原子转移0.966 |e|，远高于Cu₁-N₂位点（0.741 |e|）和Cu₁-N₃位点（0.664 |e|），表明Cu₁-N₁O₂位点具有更好的电荷转移能力。

此外，Cu₁-N₁O₂位点的导带比Cu₁-N₃位点的导带更接近费米能级，证明了Cu₁-N₁O₂位点具有更好的电荷转移能力。

由于O原子的电荷转移能力增强，亲电性更强，Cu₁-N₁O₂位点Cu-3d电子较少，意味着更多的3d轨道未被占据，有利于反应物的吸附。

Regulating electron configuration of single Cu sites via unsaturated N, O-coordination for selective oxidation of benzene. Nat. Commun., 2022, DOI: 10.1038/s41467-022-34852-y.

https://doi.org/10.1038/s41467-022-34852-y.