马丁教授，博士生导师。2009-至今，北京大学化学与分子工程学院研究员/教授；2007-2009，中科院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室，研究员；2005-2007，中科院大连化学物理研究所，副研究员/中国科学院百人计划；2001-2005，牛津大学/Bristol大学，博士后；2000年，美国国家高场实验室，访问学生；1996-2001，中国科学院大连化学物理研究所，博士；1992-1996，四川大学，学士。
研究兴趣：
针对能源和环境中的催化问题，在环境友好、资源合理利用的前提下，设计新催化过程，构建新型高效催化剂体系，并结合operando表征手段来解决催化过程中的重要科学问题，包括：
1）C1化学（合成气、二氧化碳、甲烷、甲醇的转化）；
2）氢气的催化制备和输运；
3）废塑料转化。
课题组网址：https://www.chem.pku.edu.cn/mading/index.htm。
2023年上半年，马丁教授在JACS、ACS系列和Nature子刊等国际顶级期刊连续发表多篇高水平文章，本文仅选取了部分成果进行简要介绍。
ACS Catal.：温和条件下Rh/ZSM-5催化甲烷选择性氧化制甲酸
甲烷（CH4）直接氧化制备增值液体化学品是一条具有广泛应用前景的途径，但是在温和条件下实现高选择性甲烷的高效转化仍然是一个挑战。基于此，北京大学马丁教授、北京化工大学王志华教授和北京工业大学汪夏燕教授等人报道了在100 ℃、40 bar的总压条件下，以氧气（O2）分子为氧化剂、CO和H2O为氧化剂，合成了分散在ZSM-5上的铑（Rh）催化剂（Rh/ZSM-5）。
此外，在Rh/ZSM-5催化剂上增加酸度可以提高甲烷的转化率和甲酸（HCOOH）的选择性。在H+的促进条件下，在5.0Rh/H-ZSM-5催化剂上，甲烷的氧化活性在50 ℃和90 ℃时分别达到3.56 molHCOOH/molRh/h和23.96 molHCOOH/molRh/h，其中90 ℃时HCOOH对所有有机氧化物的选择性达到98.48%。需注意的是，C-H键的激活甚至可以在室温下发生。电子顺磁共振（EPR）结果表明，酸性能促进以CO、H2O和O2为反应物生成·OH，在温和条件下具有较高的催化活性。
Acid-Promoted Selective Oxidation of Methane to Formic Acid over Dispersed Rhodium Catalysts under Mild Conditions. ACS Catal., 2023, DOI: 10.1021/acscatal.3c01743.
Chem. Eng. J.：Cu/ZrO2催化剂界面结构的研究
铜（Cu）基催化剂在CO2低温转化甲醇过程中的性能与界面结构密切相关。基于此，浙江工业大学林丽利教授和北京大学马丁教授等人报道了通过改变草酸盐沉淀法中Cu和Zr前驱体的摩尔比和沉淀顺序来调整Cu/ZrO2催化剂的界面结构。结构表征表明，随着Cu/Zr比值的增大，界面结构逐渐由传统的ZrO2负载纳米-Cu界面转变为Cu负载纳米-ZrO2逆界面。
在90 molCu% Cu/ZrO2催化剂上，甲醇的时空产率（STY）为518 gCH3OH/kgcat/h，远高于优化后的40 molCu% Cu/ZrO2催化剂的351 gCH3OH/kgcat/h。反相催化剂对甲醇的选择性最好，表观活化能最低。暴露Cu的表面积、Cu的粒径和CO2的吸附能力与STYmethanol的相关性表明，细小的ZrO2颗粒具有最佳的覆盖范围，Cu负载的纳米-ZrO2逆构型是更适合由CO2合成甲醇的结构。
高压原位漫反射傅立叶变换红外光谱（DRIFTS）实验表明，在90 molCu% Cu/ZrO2逆催化剂上吸附的甲酸酯和甲氧基中间体对进一步加氢反应更活跃。此外，逆构型更有利于甲醇的表面脱附，同时Cu负载纳米ZrO2界面的加氢能力增强和相对较弱的氧化物吸附可能是反相催化剂催化性能提高的主要原因。
图1. x molCu% Cu/ZrO2催化剂的制备示意图
Insights into the interfacial structure of Cu/ZrO2 catalysts for methanol synthesis from CO2 hydrogenation: Effects of Cu-supported nano-ZrO2 inverse interface. Chem. Eng. J., 2023, DOI: 10.1016/j.cej.2023.144006.
ACS Catal.：Rh1/ND@G高效催化腈加氢：尺寸效应和金属依赖性效应
腈类加氢制取氨（NH3）作为一种原子经济的合成途径，在工业生产中受到了广泛的关注。虽然研究了一些用于丁腈加氢的催化剂，但在该过程中实现高活性和选择性仍然是一个主要挑战。
基于此，北京大学马丁教授、中国科学院金属研究所刘洪阳研究员和纽黑文大学肖德全教授等人报道了通过沉积-沉淀策略制备了一种锚定在富含缺陷纳米金刚石-石墨烯（ND@G）上的原子分散铑（Rh）催化剂（Rh1/ND@G），在温和反应条件（333 K、0.6 MPa H2）下，该催化剂在苯腈加氢反应中表现出最高的活性（TOF达到2592 h-1），并且对仲胺具有高选择性（超过99%）。
值得注意的是，作者制备了Rh簇催化剂（Rhn/ND@G）和一系列原子分散的M1催化剂（M=Rh、Ru、Pd、Ir和Pt），以了解苯腈（BN）加氢过程中的尺寸效应和金属依赖效应。实验和理论研究表明，Rh1/ND@G催化剂对二苄胺的选择性高于Rhn/ND@G催化剂，因为其在Rh1活性位点上不太可能生成苄胺。
同时，利用吸附能（作为催化剂描述符）的差值来了解M1催化剂金属依赖效应对苄腈加氢活性的影响。调节尺寸和金属依赖效应可以导致高催化性能，为设计高效的腈类加氢催化剂铺平了道路。
图2. Rh1/ND@G和Rhn/ND@G对BN加氢的催化性能
Atomic-Dispersed Rh Enables Efficient Catalytic Nitrile Hydrogenation: Size Effect and Metal-Dependent Effect. ACS Catal., 2023, DOI:10.1021/acscatal.3c01562.
Angew. Chem. Int. Ed.：聚酯无溶剂多相催化加氢制二醇
通过化学回收和升级回收利用塑料聚合物中储存的碳资源是一种很有前途的减少塑料废物的方法，但目前大多数升级回收方法对特定有价值产品的选择性有限，特别是在试图完全转化塑料时。基于此，北京大学马丁教授和王蒙副研究员等人报道了一种利用锌（Zn）修饰铜（Cu）催化剂将聚乳酸（PLA）转化为1, 2-丙二醇的高选择性反应途径。
测试发现，该反应具有良好的反应活性（0.65 g gcat−1 h−1）和对1, 2-丙二醇的选择性（99.5%），最重要的是可在无溶剂模式下进行。值得注意的是，整个无溶剂反应是一种原子经济反应，反应物（PLA和H2）中的所有原子都固定在最终产物（1, 2-丙二醇）中，不需要分离过程。该方法为在温和的条件下以最佳的原子利用率生产高纯度聚酯产品提供了一种创新和经济可行的解决方案。
Solvent-Free Heterogeneous Catalytic Hydrogenation of Polyesters to Diols. Angew. Chem. Int. Ed., 2023, DOI: 10.1002/anie.202304219.
Nat. Commun.：正丁烷高效脱氢对催化剂的结构/金属依赖性
单位点夹链铱（Ir）配合物在均相催化中表现出活化碳氢的能力。然而，均相催化剂的不稳定性和催化剂回收困难是其固有的缺点，限制了其发展。
基于此，北京大学马丁教授、中国科学院金属研究所刘洪阳研究员和香港科技大学Xiangbin Cai等人报道了在纳米金刚石@石墨烯（ND@G）上制备了一系列高度分散的Ir催化剂，包括原子分散的Ir原子（Ir1/ND@G）、Ir亚纳米簇（Irn/ND@G）和Ir NPs（IrNPs/ND@G）。特别是对于Ir1/ND@G催化剂，Ir-SAs被ND@G表面的Ir-C键稳定，从而形成与负载的单位点Ir螯合物相似的结构。
在正丁烷脱氢反应（BDH）中，Ir1/ND@G具有显著的丁烷反应速率（8.8 mol·gIr−1·h−1）和高丁烯选择性高（95.6%），表现出优异的正丁烷脱氢催化性能。
即使在相对较低的温度下（450 °C），Ir1/ND@G也显示出0.48 s−1的周转频率（TOF），分别是Irn/ND@G和IrNPs/ND@G的19.2倍和34.3倍。
值得注意的是，作者将BDH活性与Ir-Ir键的平均配位数（CNs）联系起来，揭示了从纳米尺度到亚纳米尺度的结构依赖性。作者将Ir SAs与Pt SAs和Pd Sas进行了比较，以了解BDH的金属依赖性。密度泛函理论（DFT）计算结果表明，中间体的适度吸附和丁烯的易解吸保证了催化剂对丁烯的高活性和良好的稳定性。
Structure-dependence and metal-dependence on atomically dispersed Ir catalysts for efficient n-butane dehydrogenation. Nat. Commun., 2023, DOI: 10.1038/s41467-023-38361-4.
Nat. Sustain.：PLA制取甲基丙烯酸甲酯
聚乳酸（PLA）等可生物降解的聚酯是传统塑料的一种有希望的替代品，因为它们在处理后不会在环境中积累。然而，它们的生物降解导致CO2排放，或者废弃的可生物降解聚酯可作为生产增值化学品的碳源。对废弃的可生物降解聚酯进行价值化处理，既避免了其生物降解过程中的CO2排放，又实现了碳的可持续利用。
基于此，北京大学马丁教授和王蒙副研究员等人首次报道了一种通过两步催化反应将PLA塑料转化为甲基丙烯酸甲酯的新过程。在第一步反应中采用α-MoC催化剂及甲醇，在反应温度为220 ℃、无外加氢气的条件下，通过醇解和加氢脱氧过程实现聚乳酸废塑料高效制备丙酸甲酯（聚乳酸转化率超过99%，丙酸甲酯收率约98%）。这种加氢脱氧催化体系同时适用于聚乙醇酸（PGA）及聚己内酯（PCL）的催化降解。
当进一步采用Cs-La/SiO2催化剂时，可以实现丙酸甲酯和甲醛向甲基丙烯酸甲酯的高效转化（反应温度为380 ℃，丙酸甲酯转化率超过80%，甲基丙烯酸甲酯选择性超过90%）。
此外，作者还使用商业PLA吸管（约含83%PLA）评估了PLA两步法转化为甲基丙烯酸甲酯的效率，6 g PLA吸管经过两步催化转化可获得2.5 g甲基丙烯酸甲酯和2.1 g丙酸甲酯，整个反应过程中无需外加氢气。该研究为管理报废的可生物降解聚酯塑料和促进循环经济开辟了一条新途径。
Valorization of waste biodegradable polyester for methyl methacrylate production. Nat. Sustain., 2023, DOI:10.1038/s41893-023-01082-z.
J. Am. Chem. Soc.：Co-N4/Py-N实现多相氧化酶型催化
能够模仿甚至超越天然酶的仿生催化系统的发展仍然是一个持续的挑战，特别是对于可以进行非自然反应的仿生物合成。
基于此，复旦大学曹勇教授和刘永梅副教授、北京大学马丁教授、中国科学院大学周武研究员等人报道了具有强大的氮相邻-单钴（Co）位点/吡啶-N位点（Co-N4/Py-N）对的全无机仿生系统如何作为氧化酶模拟物协同作用，从而实现氧气（O2）还原与合成有益的化学转化的紧密耦合。
通过开发这个广泛适用的平台，在环境条件下通过氢硅烷的前所未有的好氧氧化，证明了超过100种工业上和药学上吸引人的O-硅化化合物的可扩展合成，包括硅烷醇、硼硅氧烷和硅醚。此外，这种异质氧化酶模拟物也为扩大酶合成的催化范围提供了潜力。作者预计，该策略将为理解氧化还原酶的潜在性质铺平新的道路，并为人工仿生开辟一类新的材料系统。
Nitrogen-Neighbored Single-Cobalt Sites Enable Heterogeneous Oxidase-Type Catalysis. J. Am. Chem. Soc., 2023, DOI: 10.1021/jacs.2c12586.
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