金属纳米团簇是由数个到几百个金属原子聚集而成的超小纳米粒子，其核尺寸通常小于3纳米。在这个尺寸范围内，物质从微观原子/分子状态转变为宏观凝聚态材料，因此金属纳米团簇往往呈现出独特的物理化学特性，这些特性使得金属纳米团簇在光学、电化学、生物以及催化领域得到了广泛的应用，成为当前纳米材料的明星成员。在催化领域，金属纳米团簇展现出了独特的优势，如超小的尺寸、较高的比表面、丰富的表面位点等，尤其是确定的原子结构组成，使其成为研究催化剂结构与性能关系的理想模型。

近年来，合金化作为一种常用的调控团簇材料性能的手段，被广泛应用于制备具有更优异性质的团簇材料。合金纳米团簇已成为有机配体保护金属团簇的一个重要分支，相关研究成果不断涌现。将单一成分的金属团簇设计为多元合金团簇可为改善其催化性能提供有效的手段。更重要的是，具有精确结构的合金团簇为在原子尺度上研究金属之间的协同机制提供了机会。因此，合金纳米团簇的合成、精确表征以及应用等是相关研究的基石，理清其发展脉络对该领域的进一步发展十分重要。虽然前期已有基于原子数精确团簇应用在催化方面的综述，但配体保护的双金属团簇在不同催化反应中的应用还未详细系统地总结和讨论。

图1. 配体保护的双金属团簇催化剂的研究进展

青岛能源所团簇化学与能源催化研究组最近在团簇化学领域重要综述期刊《Coordination Chemistry Reviews》上发表了一篇题为“Recent advances of bimetallic nanoclusters with atomic precision for catalytic applications”的综述论文。该综述全面讨论了配体保护的双金属团簇催化剂的形成机制、影响本质、合成策略以及表征手段，重点总结和展望了其在不同催化应用方面的研究进展，主要包括有机小分子的转化、光催化、电催化以及模拟酶催化等（图1）。特别强调了掺杂金属原子影响催化剂选择性和活性的机制。最后，针对双金属团簇催化剂的研究现状，指出了目前存在的挑战和机遇以及未来发展的方向。例如：发展基于质谱技术的软着陆方法，实现可控地制备高稳定性的双金属团簇催化剂；利用串联质谱技术揭示合金/掺杂团簇的结构及形成机理，研究协同效应对催化反应活性的影响机制；离子淌度结合质谱技术可识别双金属团簇的异构体，探究不同异构体对催化反应的作用规律；利用机器学习方法建立双金属团簇原子结构、催化性能和热力学参数之间的关系，以指导实际双金属催化剂的制备和设计等（图2）。裴广贤副研究员为该综述的第一作者，孙晓岩研究员为通讯作者。

图2. 原子数精确的双金属团簇催化剂的研究现状与展望

该综述获得了山东省自然科学基金、青岛能源所强基计划、山东能源研究院等项目的支持。（文/图 张丽丽）

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.ccr.2024.215692

Guang Xian Pei, Lili Zhang, Xiaoyan Sun*. Recent advances of bimetallic nanoclusters with atomic precision for catalytic applications. Coordination Chemistry Reviews. 506 (2024) 215692.