随着化石资源的日益枯竭，利用可再生的生物质资源生产燃料和高价值化学品已成为全球共识。糠醛（Furfural）是从玉米芯、秸秆等农业废弃物中提取的重要平台化合物，通过催化加氢脱氧可以转化为2-甲基呋喃（2-MF），后者是一种极具潜力的生物燃料添加剂和化工中间体。然而，这个看似简单的转化过程却充满了挑战。
催化转化的“选择困境”
传统的催化剂（如铜铬催化剂或负载型贵金属催化剂）在反应中往往“用力过猛”。它们很容易破坏呋喃环（含有氧原子的五元环）的结构，发生副反应，导致产生大量不需要的副产物，如呋喃醇、四氢呋喃醇，甚至开环产物，使得目标产物2-甲基呋喃的选择性很低。这不仅浪费了原料，也大大增加了后续分离纯化的成本。此外，催化剂在反应过程中容易因积碳或烧结而快速失活。
单原子合金：化身为“精确的手术刀”
中科院大连物化所的团队借鉴了“单原子催化”这一前沿概念，设计并制备了一种独特的单原子合金催化剂（Pt₁/Cu）。他们利用先进的制备工艺，将昂贵的铂原子以完全隔离的形式（单个原子）嵌入到成本低廉的铜纳米颗粒的表面。
这种结构带来了革命性的性能提升：
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极高的原子利用率： 每一个铂原子都暴露在表面并参与催化反应，极大地降低了贵金属的用量，实现了“少花钱多办事”。
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独特的电子效应： 单个铂原子被铜原子包围后，其电子结构会发生显著改变。这种电子调变作用恰到好处地优化了铂对反应中间体的吸附强度：它既能够活化反应物（糠醛中的C=O键），又不会吸附得太强而导致过度反应或呋喃环开裂。
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完美的几何效应： 在Pt₁/Cu催化剂上，反应只能发生在孤立的铂原子位点或者铂-铜界面位上。这些位点在空间上是隔离的，无法提供传统铂纳米颗粒表面那样连续、大片的活性位点，而后者正是导致C=C键氢化（破坏呋喃环）和一系列深度副反应的元凶。
这就好比将一把用于“砍劈”的大刀，改造成了一把用于“精细雕刻”的手术刀。催化剂能够精准地切断我们不需要的C-O键（脱氧），同时完美地保留我们想要的那个C=C键（呋喃环结构），并加上所需的氢原子。
卓越的性能与机理揭示
实验结果表明，这种Pt₁/Cu单原子合金催化剂展现出了近乎完美的性能：
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超高选择性： 在150°C的温和反应条件下，2-甲基呋喃的选择性高达99% 以上，几乎完全抑制了所有副产物的生成。
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高活性： 其单位质量铂的活性是传统铂纳米催化剂的成百上千倍。
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出色稳定性： 连续运行超过100小时后，催化剂活性没有丝毫下降，没有出现铂原子团聚或流失的现象。
团队还结合先进的表征技术和理论计算，深刻揭示了其“高选择性”的微观机理。理论模拟显示，在孤立的Pt位点上，反应更倾向于生成2-甲基呋喃的低能路径；而一旦Pt原子形成团簇，副反应路径的能垒就会显著降低，从而导致选择性下降。这从原子层面证实了单原子结构的独特优势。
引领生物精炼的未来
这项研究不仅为糠醛的高值化利用提供了一种近乎完美的催化剂，更重要的是，它展示了一种设计新一代高效、高选择性催化剂的普适性策略。单原子合金的概念可以广泛应用于各种重要的催化反应中，如选择性加氢、氧化、偶联等，为从生物质、 shale gas、甚至CO₂等非传统资源中高效制备化学品和燃料开辟了新的道路。
它将催化科学从对“活性”的单纯追求，提升到了对“选择性”的极致掌控，标志着我们正在向“按需设计催化剂”的梦想迈出坚实的一步，对于未来建立绿色、经济、可持续的“生物精炼”工业体系具有至关重要的推动作用。
