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在國家自然科學基金委、財政部、中國科學院的支持下，化學所分子動態與穩態結構實驗室駱智訓研究員課題組研制了多套團簇科學儀器裝置，在金屬團簇與超原子的高效制備及反應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構和電子結構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反應(Chem. Rev. 2016, 116, 23, 14456)，設計具有團簇基因的功能新材料(Coord. Chem. Rev., 2019, 400, 213053)，不僅可應用于催化，也有望拓展至更廣泛的光化學、自旋電子學等領域，體現從“超原子化學”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) 基于科學院儀器研制項目支持的離子層流反應管串聯自定義多重四極質譜系統；(D) 開殼層超原子團簇Cu18-的發現 (J. Phys. Chem. Lett., 2020, 11, 5807); (E/F) 金屬團簇應用于材料基因 (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，在姚建年院士指導下，研究團隊與北大深圳化學院潘鋒教授、清華大學李雋教授等合作，發現并氣相合成了一種具有特殊穩定性的類鈣鈦礦結構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定性與體心立方結構、突出的前線軌道能隙、乃至芳香性相關，并討論了從二十面體Co₁₃到立方Co₁₃O₈的結構演化的熱力學和反應動力學過程；通過計算其核獨立化學位移與磁感應電流密度，結合電子結構及軌道分析，深入詮釋了Co₁₃O₈的立方芳香性及其化學本質。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）。相關工作發表在National Science Review期刊上，第一作者是博士研究生耿麗君。 

圖2. 中性Con純金屬團簇質譜分布及其與大量氧氣反應后的質譜；插圖為Co13O8氧立方結構及其芳香性描述 

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】中國科學院化學研究所：http://www.iccas.ac.cn/xwzx/kyjz/202010/t20201029_5723862.html