乙酸酯类分子（如乙酸苄酯、乙酸茴香酯、乙酸肉桂酯）作为香料或香精，被广泛应用于食品、化妆品和制药行业。此类香料的市场需求量大，例如乙酸苄酯每年全球需求量高达8.5万吨。除了直接从植物或水果中提取以外，这些酯类香料通常是通过酯化反应、乙酸酐法或酶催化获得。在过去的几十年里，研究人员开发了各种催化材料，包括固体酸、离子液体和无机盐等，来取代传统的无机酸（如浓硫酸），以解决设备腐蚀和环境污染问题。然而，目前报道的催化材料普遍存在反应时间长、转化率低以及分离纯化困难等问题。

得益于酶分子通道的限域作用，生物酶催化剂可以实现低能耗、快速、高转化率、高选择性的化学合成。受此启发，中国科学院理化技术研究所张锡奇研究团队基于江雷院士提出的“量子限域超流”理论，发展了仿生膜催化流动化学合成技术，构建了氧化石墨烯、氨基化氧化石墨烯以及锌卟啉金属有机框架等一系列仿生膜催化材料，在室温条件下实现了快速高效的Knoevenagel缩合反应（Matter, 2023, 6, 1173-1187）、特异选择性环氧化物开环反应（Adv. Sci., 2024, 11, 202308388）、阿司匹林合成（Adv. Mater., 2024, 36, 2310954）、β-受体阻滞剂合成（Matter, 2025, 8, 102243）及高立构规整性丙烯酸苄酯单体聚合（J. Am. Chem. Soc., 2025, 147, 12150-12161）。然而，成本较低的过渡金属氧化物膜催化材料用于流动化学合成的研究尚未见报导。因此，构建过渡金属氧化物膜催化材料并应用于仿生膜催化流动化学合成具有重要的理论意义和应用价值。

为此，研究团队构筑了一种铌钛酸膜催化材料，并将该膜材料用于乙酸苄酯（茉莉花香味）等香料的合成。通过对铌钛酸膜的结构调控，在室温条件下（23 °C）实现了反应物分子苯甲醇≈100%的转化率，反应时间<26.6 s，限域反应的转化数达到体相反应的28倍。理论计算结果表明，二维通道的限域效应和氧空位的存在增强了反应物分子在铌钛酸膜内表面的吸附作用。此外，由于二维通道的限域作用，苯甲醇和质子化乙酸酐分子的前线轨道对称匹配性增加，反应的活化能得到明显的降低。进一步将底物范围拓展至其他醇类分子，在室温条件下实现了多种乙酸酯类香料的高效流动合成，其中包括乙酸对甲基苄酯（铃兰花香味）、乙酸茴香酯（桂皮香味）、乙酸苯乙酯（玫瑰花香味）、乙酸肉桂酯（凤仙花香味）、乙酸苏合香酯（栀子花香味）以及乙酸异戊酯（香蕉香味）。该研究为二维过渡金属氧化物膜反应器的构筑提供了新的思路，并进一步拓展了仿生膜催化流动化学合成技术中膜催化材料的选择范围。

该成果以Research Article的形式发表在Nature Communications杂志上，文章的通讯作者为理化所张锡奇项目研究员，第一作者为北京航空航天大学博士生方振远、理化所博士生李响以及宁波工程学院白亚杰博士。该工作得到了理化所江雷院士的悉心指导，华南师范大学彭导灵教授在理论计算方面提供了重要支持。这项工作得到了国家重点研发计划（2021YFA1200402）、北京市自然科学基金（2252057）和国家自然科学基金（52373219、21988102）等项目的资助。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-61411-y

图1 铌钛酸膜的制备及反应性能

图2 铌钛酸膜层间距调控及反应性能对比

图3 反应物分子在铌钛酸膜内的吸附行为

图4 体相反应和限域反应的能量变化

图5 底物范围拓展