原子精确的金属团簇是连接小分子与宏观纳米材料的理想模型体系，在催化领域具有独特优势。然而，如何精准调控团簇的配体环境与堆积方式，从而揭示明确的“结构-性能”关系并创制高性能催化剂，仍是该领域的核心挑战。近期，我校化学与材料科学学院范曦副教授团队在团簇组装与催化应用方面取得多项重要突破，相关成果分别发表于《National Science Review》，《Angew. Chem. Int. Ed.》等顶级期刊，为理性设计高性能团簇催化剂提供了创新策略与深刻见解。
工作一：币金属团簇 D-A 异质结构筑氢键有机框架实现高效光催化产 H2O2
如何实现光生电荷的高效分离与传输，一直是原子级精确金属团簇在光催化领域面临的核心难题。传统团簇材料主要依赖弱的范德华力堆积，导致电子 空穴对快速复合，严重制约了其光催化效率。针对这一挑战，我院范曦副教授等人在簇际组装化学(Nat. Commun. 2026, Accepted.; Adv. Funct. Mater. 2026, 36, e28297; CCS Chem. 2023, 5, 350–360; Acc. Chem. Res. 2022, 55, 3150-3161.) 及其在催化、光学等领域的应用研究基础上（Angew. Chem. 2025, e202501875.; Angew. Chem. 2021, 60, 12949-12954. Angew. Chem. 2019, 58, 1320–1323.), 首次将币金属团簇基给体 受体（D–A）异质结引入氢键有机框架（HOF）中，成功构筑出新型晶态材料Ag6 HOF。该材料以结构精确的Ag6团簇为电子给体、4,4′ 联吡啶为电子受体，通过定向N–H···N氢键组装为三维框架，在保留团簇本征结构的同时形成了有序氢键通道，显著改善了电荷分离与传输效率。该材料在可见光催化产过氧化氢测试中表现出远超单一组分的高产率与优异稳定性，光催化性能得到显著提升。 研究成果以《Engineering Ag6 Cluster-Based Donor–Acceptor Heterojunctions into Hydrogen-Bonded Organic Frameworks for Photocatalytic H2O2 Production》为题，发表于国际化学、材料学顶级期刊《Angew. Chem. Int. Ed.》(中科院一区TOP期刊)。该研究成果中福建师范大学为唯一通讯单位，通讯作者是范曦副教授、陈邦林教授和张章静教授，本项研究得到国家自然科学基金面上等项目资助。
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.5527054
工作二：局部覆盖组装创制有序单金属位点，实现高效电催化硝酸盐还原
团队与中科院物构所及德国波恩大学研究团队合作进一步提出“部分覆盖组装”新策略，首次将石墨炔片段配体引入铜团簇体系，成功构建了具有周期性有序单金属位点的原子精确催化剂Cu-SMS。该策略利用石墨炔衍生物配体的独特π配位模式，并结合团簇间部分覆盖的准配位作用，使得每个团簇单元在堆积后仅暴露一个铜活性位点，形成了均一、有序的单金属位点阵列。石墨炔片段的引入极大增强了团簇内及团簇间的电子传输能力，单晶电导率测试表明，Cu-SMS的电导率是其多重位点类似物Cu-MMS的20倍以上。在此基础之上研究了催化剂在电催化硝酸盐还原制氨反应性能，结果表明Cu-SMS表现出卓越性能，在40 mA cm⁻²的电流密度下法拉第效率超过99%，并具备良好的稳定性，其性能超过了此前报道的所有原子精确金属团簇催化剂。结合多种原位表征与理论计算，团队深入阐明了其反应机理与关键中间体。该工作为设计具有周期性活性位点的高效分子电催化剂提供了全新范式。该项突破性研究以“Partial-Coverage-Assembly of Graphdiyne-Derived Fragment Protected Cu(Ⅰ) Clusters Creates Ordered Single-Metal Sites Catalyst”为题被综合性顶级期刊《National Science Review》(中科院一区TOP期刊) 接收发表。我校范曦副教授，中科院物构所张健研究员和德国波恩大学Kornienko教授为论文通讯作者。本项研究得到国家自然科学基金面上等项目资助。
原文链接：https://academic.oup.com/nsr/article/13/3/nwaf575/8380054
工作三：分子镊子策略精准捕获团簇，揭示配体效应提升催化性能
团队发展了一种创新的“分子镊子”策略，用于精准构建与研究配体效应。研究选用两类羧酸基分子镊子（线性BPDC和V形OBB），成功从复杂反应体系中选择性捕获了具有相同Cu₆核但受不同配体保护的两种团簇（Cu₆-a与Cu₆-b）。其中，由含氧V形配体OBB构建的Cu₆-b框架，是首例在贵金属团簇基MOFs中出现的双向棒状框架，结构新颖。研究表明，OBB配体中氧原子的引入显著增强了材料的局域空间极化，从而优化了其电子结构。在可见光驱动下，Cu₆-b表现出更高效的光生电荷分离与活性氧（ROS）生成能力。将其用于硫醚的好氧氧化反应，Cu₆-b可实现超过99%的转化率与高选择性，性能显著优于配体不同的Cu₆-a。该工作不仅为在固定团簇核上研究配体效应提供了精确平台，也为通过配体工程调控团簇催化性能指明了新方向。该研究成果以“Molecular tweezers in thiolate-protected Cu(Ⅰ) clusters: A framework platform for investigating ligand effects in cluster catalysis”发表于化学领域知名期刊《Chinese Chemical Letters》 (中科院一区TOP期刊)。福建师范大学作为第一完成单位, 我校范曦副教授和张章静教授为论文通讯作者。
原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1001841725001895
（化学与材料学院）