華東理工大學化學與分子工程學院、費林加諾貝爾獎科學家聯合研究中心教授馬巍課題組與吳新平課題組合作，在原子水平上探索了納米團簇特殊性質的結構基礎與演變規律，構建了原位、動態、高分辨電化學表征方法精準獲取納米團簇的動態催化活性，為揭示新型納米團簇特殊結構與獨特性能之間的明確構-效關系提供了新方法。相關研究發表于《美國化學會志》。
表面配體保護的超小金屬納米團簇具有原子級尺寸，以及精確可控的幾何和電子結構，在現代催化科學中具有重要的研究和應用價值。然而，目前對催化劑活性位點的認知大部分停留在“靜態”觀念上，并沒有深入解析團簇在反應條件下的動態結構演變。
研究團隊發展了可捕獲單個團簇的納米空腔電極，在皮安級電流分辨和亞毫秒級時間分辨下，實時監測單個完全配體保護的Au25納米團簇對氧還原反應（ORR）動態電催化活性。在反應過程中，研究人員觀測到單個Au25納米團簇具有連續的“ON-OFF”催化活性切換和“ON”狀態波動的特征電流信號，并發現納米團簇表面發生了配體分子的可逆解離和內部Au核的動態結構演變。通過進一步結合頻譜分析和分子動力學模擬表明，ORR反應中Au25團簇在完全被配體保護（反應活性位點難以暴露，呈現無活性“OFF”狀態）和配體部分“脫落”（暴露出金屬反應活性位點，呈現波動的高活性“ON”狀態）之間發生可逆的動態“成”-“斷”鍵行為，這來源于Au25團簇的Au核結構在反應條件下不斷扭轉，以及溶劑分子對配體的物理空間限制等因素的共同作用。
單個Au25納米團簇的捕獲和動態電催化行為監測。圖片來源于《美國化學會志》
相關論文信息：https://doi.org/10.1021/jacs.4c03939
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