近日，我院闫研教授团队在国际顶级化学期刊《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上发表了题为“Confining a Single Water Molecule Through Molecular Crystal Engineering for Water Oxidation”的研究论文。江苏大学为第一完成单位，硕士生潘龙为第一作者，闫研教授、齐鲁工业大学郭永先教授、中国科学院化学研究所张一帆教授为共同通讯作者。

水作为“通用溶剂”，其化学反应多通过形成氢键网络的水簇进行。尽管研究表明小尺寸水簇能展现出增强的活性，但由于强烈的氢键相互作用，真正孤立且稳定的单分子水难以在实验中获得，其本征反应性更是悬而未决。因此，如何使水分子摆脱氢键网络的束缚，释放其单分子状态下的催化潜能是水相化学领域的关键挑战。

本研究利用有机分子晶体高度有序且尺寸均一的晶格空腔，成功实现了单分子水的稳定限域与均匀分布。通过设计合成BPV-BTD分子，其自组装构成具有四面体空腔的刚性晶体骨架（CB-H₂O），在原子尺度上精准实现了“一空腔一水分子”的排布。单晶衍射分析证实，每个空腔内仅限域一个被空间隔离的水分子，从而有效抑制了氢键网络的形成，稳定了这一非平衡态的单分子水物种。

该晶体骨架本身可作为一个动态的光催化微反应器：被限域的单分子水参与反应后，环境中的水分子可自发补充至空腔，实现催化循环。利用H₂¹⁸O进行的同位素标记实验证实，反应物完全来源于晶格中限域的单分子水。在纯水体系中，该材料展现出优异的光催化产过氧化氢性能（7.03 mmol g^-1 h^-1），相较于无空腔的对照样品提升了一个数量级。这项工作首次在实验上验证了由均一限域的单分子水驱动的催化过程，从而确立了 “单分子水催化” 这一全新范式。

该研究获得国家自然科学基金等项目资助。

文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202525362