传统单原子催化剂通常依赖缺陷位点或强金属-载体相互作用（SMSI）将金属原子固定在固体表面，从而保证结构稳定。然而这种刚性锚定结构会限制活性中心在反应过程中的动态响应能力，使催化中心难以根据反应条件变化进行电子结构调节，影响反应活性与选择性。液态金属催化体系由于不存在晶格约束，金属原子可以持续迁移和重构，因此能够实现动态配位结构和可调电子态。然而这类体系通常依赖高温或特殊材料体系，在传统多相催化体系中难以实现。因此，一个关键科学问题是：能否在保持多相催化稳定性的同时，使金属活性中心具备类似液态金属的动态行为？

研究团队提出：不必真正构建液态金属体系，而是通过液体配位环境（Liquid Coordination Environment），在固体催化体系中构建可极化、可交换的动态配位网络，使金属中心能够在反应过程中持续调节配位结构与电子态，从而表现出液态金属式催化行为（liquid-like metal behavior）。

(a and d) XRD results of the different catalysts reduced at 200 °C; (b and c) HR-TEM images and EDS element mapping of reduced 5%Cu(IL)/Al2O3 catalyst (Scale bar, 200 nm); (e and f) HR-TEM images and EDS element mapping of reduced 5%CuCl/Al2O3 catalyst (Scale bar, 200 nm); (g and h) The experimental Cu K-edge XANES spectra and the Cu K-edge EXAFS spectra in R space of reduced 5%Cu(IL)/Al2O3, reduced 5%CuCl/Al2O3 catalysts and the references (Cu(IL), CuCl, Cu foil, Cu2O and CuO); (i) WT-EXAFS plots of reduced 5%Cu(IL)/Al2O3 catalyst, reduced 5%CuCl/Al2O3 catalyst, Cu foil and Cu2O; (j) Cu 2p XPS of reduced 5%Cu(IL)/Al2O3 and reduced 5%CuCl/Al2O3 catalysts; (k and l) C 1s and N 1s XPS of reduced 5%Cu(IL)/Al2O3 catalyst and IL/Al2O3. (CuCl nanoparticle particle size was measured by red circles in (e).

构建了离子液体诱导的液态金属式单原子（NHCCu）催化体系，设计Cu(IL)/Al2O3单原子催化体系，核心结构包括活性中心：单离子Cu物种；配位环境：N-杂环卡宾（NHC）配位；界面环境：离子液体膜（ionic liquid membrane）。在该体系中，Cu中心通过NHC-Cu与Bis-NHC-Cu的可逆配位交换形成动态配位结构，使单原子Cu具备连续可调的电子结构。通过浸渍法将离子液体-Cu前驱体溶液负载于Al2O3表面，并在H₂气氛下还原，构建离子液体膜-单原子Cu催化体系。

Schematic illustration of the liquid membrane-mediated Cu coordination environment, highlighting the coexistence and reversible interconversion between monodentate NHC–Cu and bidentate Bis-NHC–Cu species.

Cu原子以单离子形式高度分散，平均配位数约2.5±0.8，NHC-Cu与Bis-NHC-Cu可动态转化。这种可逆配位交换使Cu活性中心能够在反应过程中持续调节电子结构。

2.性能验证：高活性与高选择性的协同提升

(a and d) TPD-C2H2-MS spectrum and TPD-C2H4-MS spectrum of reduced 5%Cu(IL)/Al2O3, reduced 5%CuCl/Al2O3 and IL/Al2O3 catalysts; (b and e) In situ DRIFTS of C2H2 chemisorption on the reduced 5%Cu(IL)/Al2O3 and reduced 5%CuCl/Al2O3 catalysts; (c and f) The H2-D2 exchange experiment of reduced 5%Cu(IL)/Al2O3 and reduced 5%CuCl/Al2O3 catalysts.

在乙炔选择加氢反应中表现出优异催化性能（98%乙炔转化率、92%乙烯选择性，半转化温度较传统CuCl催化剂降低约35°C）；催化剂在200h连续反应中保持稳定运行，Cu价态保持稳定，未观察到金属颗粒聚集，说明液体配位环境能够通过动态配位交换实现自稳定机制。

3.理论计算揭示配位动态调控机制

(a) The frontier molecular orbitals of different molecules; (b) The NBO charge distribution of Cu ions in different structures; (c) Optimization of the geometries of NHC-Cu, C2H2 and H2 molecules at reaction temperatures. (color code: Cu(orange), Cl(green), N(blue), C(gray) and H(white)); (d) Reaction Step Diagram.

密度泛函理论（DFT）计算进一步揭示了液体配位环境对催化反应的调控作用。结果表明，相比传统CuCl体系，NHC–Cu配位结构能够显著改变反应势能面：一方面强化乙炔在活性位点的吸附与活化，另一方面弱化乙烯的吸附，使产物能够快速脱附，从而避免进一步过氢化，同时，NHC–Cu配位结构有助于阻止C2H5*的深度加氢形成乙烷。

1.提出液体配位环境诱导的液态金属式单原子催化新概念。

2.突破传统单原子催化刚性锚定的结构限制，实现动态单原子催化中心。

3.建立配位动态-电子结构-催化性能的关联机制，为单原子催化剂设计提供新范式。