对于甲烷直接转化制备甲醇的反应，设计具有选择性和高活性的C-H键活化催化剂有较高挑战。生物启发的含有高价态金属-氧簇结构中间体有抓氢、回弹羟基化能力的复合物结构是潜在的催化剂，并且由此通过高通量计算筛选方法实现了对该结构催化剂进行结构优化，尤其在于通过考察线性自由基关系进行筛选。但是中排过渡金属中心有复杂的自旋结构、氧化态，因此提高了通过计算方法设计催化剂的难度。

       有鉴于此，麻省理工学院Heather J. Kulik等报道了对2500种中排过渡金属中心化合物，特别对4种过渡金属（Cr、Mn、Fe、Co）的各种自旋、氧化态情况通过计算模拟筛选合适的催化剂。作者发现合适的标准对计算种获得自旋/氧化态的重要性，该问题是导致除了难以将高自旋态Fe(II)催化剂的计算模拟拓展用于其他金属、及其自旋态/氧化态相关研究。

本文要点：

（1）

通过配体场调节影响反应能量变化、基底本征态的相关研究，作者能够对甲烷制备甲醇过程种设计自旋允许的催化剂。作者通过对反应过程中弱相互作用能量、每个基元步骤中的设计准则，发现在当催化剂库中的催化剂数量更多时，线性自由基能量关系（LRERs）无法很好的符合。

（2）

为了对目前著名的催化剂催化活性进行解释，作者转而通过计算相互独立的反应能，从而展示了如何改善催化剂的策略。

参考文献

Aditya Nandy and Heather J. Kulik*, Why Conventional Design Rules for C–H Activation Fail for Open-Shell Transition-Metal Catalysts, ACS Catal. 2020, 10, XXX, 15033–15047

DOI: 10.1021/acscatal.0c04300

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.0c04300