贵州日报天眼新闻记者 何登成

4月中旬，记者走进贵州师范大学材料与建筑工程学院材料物理实验室，空气中弥漫着淡淡的试剂气息，副教授裴响林正指导学生将从虾蟹壳中提取的‌甲壳素‌缓缓注入烧杯——这看似寻常的操作，正是虾蟹壳“蜕变”的关键一步。

‌甲壳素‌是自然界含量仅次于纤维素的天然高分子多糖，但其质地坚固，难以直接利用。裴响林带领的生物质催化与绿色合成科研团队创新采用低温碱尿素水体系，“温柔”破解天然高分子的顽固结构，让其变得更容易加工利用。

从虾蟹壳到变成功能材料或医药中间体合成中的高效催化剂，需历经清洗、脱矿、脱蛋白、脱色、改性等多道工序，提取出甲壳素或其衍生物壳聚糖，还要将其改性为可承载金属单原子的载体，搭配锌、铁、铜等金属，最终制成高性能催化剂。“我们的目标，是让来自废弃物的材料媲美贵金属催化剂的效能。”裴响林说。

突破之路充满挑战。为攻克金属单原子分散难题，团队历时9个月攻坚：初期调整试剂浓度、优化浸泡时间与温度，修改煅烧工艺，实验始终无法达到预期，直至发现问题在于未经过精准改性的材料，孔洞大小不均，无法有效锚定金属单原子。团队再次聚焦改性工艺，依托低温碱尿素水体系，反复调控反应条件，形成更适合单原子附着的“支架”，利用甲壳素及其衍生物壳聚糖本身富含的氮源，与金属形成稳定的活性中心，抑制金属原子团聚。30余种方案、上百组实验后，终于在第9个月，首批合格的单原子催化剂样品诞生。然而将其应用于硝基化合物与醇的氮烷基化反应时，反应性能远不及国际前沿水平。

团队没有气馁，重新拆解催化剂的结构，探究甲壳素及其衍生物壳聚糖载体与金属单原子的相互作用机制。历经2年多探索，团队研发的虾蟹壳衍生单原子催化剂终于实现重大突破，在含氮功能材料及药物中间体催化中，催化频率达到该反应体系的世界最高水平，同时还有效降低合成温度和压力，催化剂用量也大幅缩减，真正实现了高效、绿色、经济的催化目标。

该科研项目从2022年启动，到2026年3月论文在《Nature Communications》正式刊发，历时整整4年。审稿阶段，专家就催化剂模型中是否缺少一个氢原子提出了质询。团队用6个月重建两套模型，通过反复的理论计算和实验验证，确认包含氢原子的模型更合理——这种“吹毛求疵”般的严谨，让裴响林团队的成果更具说服力。

这项研究成果不仅为农业固废的高值化利用提供了新路径，更精准契合了贵州省新材料、新能源产业集群及贵州大健康医药产业的发展需求。

“团队的目标是让更多废弃物变废为宝，让科研成果扎根贵州大地。”裴响林表示，团队将加快与本土材料、医药企业及高校的产学研合作，推动实验室成果加速转化为现实生产力，助力贵州精细化工与医药合成产业绿色升级。