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在國家自然科學(xué)基金委、財政部、中國科學(xué)院的支持下，化學(xué)所分子動態(tài)與穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)實驗室駱智訓(xùn)研究員課題組研制了多套團簇科學(xué)儀器裝置，在金屬團簇與超原子的高效制備及反應(yīng)性研究方面取得了系列進展 (圖1)。團簇超原子作為一類具有固定幾何結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)的類比于原子的團簇(Acc. Chem. Res. 2014, 47, 2931-2940)，可以通過金屬團簇精準化學(xué)反應(yīng)(Chem. Rev. 2016, 116, 23, 14456)，設(shè)計具有團簇基因的功能新材料(Coord. Chem. Rev., 2019, 400, 213053)，不僅可應(yīng)用于催化，也有望拓展至更廣泛的光化學(xué)、自旋電子學(xué)等領(lǐng)域，體現(xiàn)從“超原子化學(xué)”到“團簇材料基因”的新視角(Coord. Chem. Rev., 2020, CCR_213643)。 

圖1. (A) 自主研制的國家重大儀器（深紫外二期子項目）DUV+IR質(zhì)譜光譜儀；(B) 狹義和廣義超原子概念的提出 (Acc. Chem. Res. 2014,47, 2931); (C) 基于科學(xué)院儀器研制項目支持的離子層流反應(yīng)管串聯(lián)自定義多重四極質(zhì)譜系統(tǒng)；(D) 開殼層超原子團簇Cu18-的發(fā)現(xiàn) (J. Phys. Chem. Lett., 2020, 11, 5807); (E/F) 金屬團簇應(yīng)用于材料基因 (Coord. Chem. Rev., 2019, 400, 213053; 2020, 213643)；(G) 鹵素配體保護/活化超原子團簇（Chem. Sci. 2016, 7, 3067） 

　　近期，在姚建年院士指導(dǎo)下，研究團隊與北大深圳化學(xué)院潘鋒教授、清華大學(xué)李雋教授等合作，發(fā)現(xiàn)并氣相合成了一種具有特殊穩(wěn)定性的類鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的金屬氧立方中性團簇Co₁₃O₈，理論研究表明該團簇具有獨特的立方芳香性（圖2）。他們進一步揭示了其獨特的穩(wěn)定性與體心立方結(jié)構(gòu)、突出的前線軌道能隙、乃至芳香性相關(guān)，并討論了從二十面體Co₁₃到立方Co₁₃O₈的結(jié)構(gòu)演化的熱力學(xué)和反應(yīng)動力學(xué)過程；通過計算其核獨立化學(xué)位移與磁感應(yīng)電流密度，結(jié)合電子結(jié)構(gòu)及軌道分析，深入詮釋了Co₁₃O₈的立方芳香性及其化學(xué)本質(zhì)。這類新型的氧鈍化金屬團簇（Oxygen-passivated metal cluster）有望用作新材料基因，研究人員將其命名為“金屬氧立方”（metalloxocubes）。相關(guān)工作發(fā)表在National Science Review期刊上，第一作者是博士研究生耿麗君。 

圖2. 中性Con純金屬團簇質(zhì)譜分布及其與大量氧氣反應(yīng)后的質(zhì)譜；插圖為Co13O8氧立方結(jié)構(gòu)及其芳香性描述 

參考資料：

【1】Co₁₃O₈—Metalloxocubes: A new class of perovskite-like neutral clusters with cubic aromaticity ,Lijun Geng, Mouyi Weng, Cong-Qiao Xu, Hanyu Zhang, Chaonan Cui, Haiming Wu, Xin Chen, Mingyu Hu, Hai Lin, Zhen-Dong Sun ... ,National Science Review,nwaa201, https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa201

【2】中國科學(xué)院化學(xué)研究所：http://www.iccas.ac.cn/xwzx/kyjz/202010/t20201029_5723862.html