化学家研发出一种利用自由电子操控化学反应的新技术，突破了传统电子转移规律带来的局限。

自由电子为化学家开辟了全新的反应调控路径，能够实现传统电子转移规则下原本无法发生的化学反应。

在反应烧瓶中，电子决定着哪些分子相互结合、哪些分子保持原有状态。化学家依靠这种调控手段，合成用于救命药物、高端新材料以及生物系统实验室模型的复杂化合物。单电子转移是化学家最常用的手段之一：它可以活化惰性分子，促使分子间发生偶联结合。

但数十年来，一条基础定律始终束缚着化学反应的设计范围：当两种分子争夺电子时，电子通常会流向更易被还原的分子。如今，威斯康星大学麦迪逊分校化学家牵头，联合科罗拉多州立大学、科罗拉多大学博尔德分校的科研团队，开创了全新技术方案。相关成果刊发于《自然》期刊。该方法攻克了电子转移选择性领域长期存在的难题，有望实现以往无法完成的分子偶联反应。

Reference: “Selectivity Emerges from Indiscriminate Photoreduction” by Joseph M. Edgecomb, Arindam Sau, Niket Manoj, Matthew D. Resmini, Alissia F. Meyer, Robert S. Paton, Niels H. Damrauer and Zachary K. Wickens, 15 July 2026, Nature.

自由电子绕开传统电子择优倾向

项目负责人、威斯康星大学麦迪逊分校化学系教授扎卡里·威肯斯介绍：“我们的催化剂作用机制十分特殊，它会直接将电子喷射至溶剂当中。这几乎能打造出体系内最强的还原剂、活性最高的电子源；相较于孤零零游离在溶剂里，自由电子更倾向于附着在任意分子上。”

电子被释放进溶剂后，会迅速结合最先碰到的分子，其选择不再主要取决于哪种分子更利于稳定捕获电子。正如威肯斯所言：“对电子来说，依附于分子远比独自漂浮在溶剂中更好。”

威斯康星大学麦迪逊分校威肯斯实验室：光电催化反应正在进行

 反应走向由后续步骤最终决定

威肯斯实验室搭建起这套全新反应体系，而科罗拉多州两所高校的合作团队深挖了背后反应机理：科罗拉多州立大学借助计算模拟开展研究，科罗拉多大学博尔德分校利用光谱技术追踪调控反应的化学变化过程。罗伯特·帕顿主导科罗拉多州立大学的研究工作，研究获得美国国家科学基金会资助的可持续光氧化还原催化中心（SuPRCat）支持。

扎卡里·威肯斯教授

任职于威斯康星大学麦迪逊分校

研究分析证实：电子初次附着分子时并不会敲定最终反应走向，反应选择性是在后续一系列反应进程中逐步确立的。

帕顿表示：“我们的计算结果表明，关键的选择性差异诞生于电子转移完成之后。目标反应物可以规避逆向反应，持续转化为产物；而原本更易被还原的竞争分子，则会变回初始原料。这就解释了该反应为何能够挣脱热力学固有倾向的束缚顺利进行。”

参与目标反应的分子不断转化直至生成最终产物；与之竞争、更容易捕获电子的分子则发生可逆反应，恢复初始形态。这套反应流程，让化学家得以打破热力学带来的传统电子择优规律。

适用于氧化还原化学的通用理论框架

过去五年间，威肯斯团队一直在研发这套催化体系，最终实现了全新的反应选择性调控方式。该项研究并非只是新增一项实验操作技术，而是为氧化还原反应的设计搭建了更普适的理论准则。

威肯斯总结道：“这绝不只是又一种合成工艺，而是一套设计氧化还原反应的全新思路。”

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