王训课题组揭示新型类石墨烯材料“团簇类烯”构筑的全新亚纳米二维材料体系

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以石墨烯为代表的二维层状材料因其独特的层内原子连接方式，表现出显著的电子离域行为，由此带来了出众的物理和化学性质。团簇具有确定的原子数与明确的结构，是一类介于原子/分子与纳米晶体之间的凝聚态物质，团簇的亚纳米尺寸使得单分子级别的作用力即可主导其自组装行为，可作为“超级原子”构建全新的亚纳米尺度低维材料体系。团簇电子结构、化学性质与原子/分子有类似性，团簇组装体作为一类“超级分子”，其中电子可能被多个团簇所共享，对于高度有序的二维团簇组装体，电子在具有相同化学环境的团簇间的离域行为，可能带来异乎寻常的电子结构和催化性质。

团簇类烯结构示意图

        基于此，清华大学化学系王训课题组首次报道了一类基于多金属氧簇（POM）的新型类石墨烯材料——“团簇类烯”。与以往二维材料体系以原子、分子为结构基元不同，该团簇类烯以亚纳米尺度的团簇为结构基元，构筑了一类新型的亚纳米二维材料体系。团簇类烯对于烯烃催化环氧化反应，在催化活性和稳定性方面均显示出极大的提升，其转换频率（TOF）是未组装团簇基元的76.5倍。离散傅里叶变换（DFT）计算结果显示，团簇间的电子离域行为有效的降低了材料参与氧化还原反应的活化能，从而造成了催化活性的显著提升。13种不同元素取代的Keggin型团簇均可用于团簇类烯的构建。本研究揭示了团簇类烯材料独特的电子结构、出众的催化性质和良好的结构普适性，有望启发基于团簇的新材料的设计与合成。
        该成果以“Self-assembly of polyoxometalate clusters into two-dimensional clusterphene structures featuring hexagonal pores”为题发表于《自然·化学》（Nature Chemistry），论文第一作者为清华大学化学系16级博士生刘清达，通讯作者为化学系教授王训。该研究得到国家自然科学基金委、科技部重点研发项目、科学探索奖等支持。
        论文链接：https://doi.org/10.1038/s41557-022-00889-1


        文章来源：清华大学
        王训教授，国家杰出青年科学基金获得者，教育部“长江学者”特聘教授，清华大学化学系系主任，有机光电子与分子工程教育部重点实验室主任。94-01年就读于西北大学，获本科、硕士学位；04年获清华大学博士学位。04-07年任清华大学化学系助理研究员、副教授，07年起任清华大学教授。主要从事无机纳米材料化学研究，在无机纳米晶体新结构控制合成、形成机制及组装领域取得了一些进展。共发表SCI论文200余篇。兼任《化学学报》编委、《中国科学：化学》编委，Editorial board member of Advanced Materials，Editorial board member of Nano Research，Scientific Editor of Materials Horizon，Associate Editor of Science China Materials，Associate Editor of Science Bulletin，中国化学会副秘书长。曾获Hall of Fame ( Advanced Materials，2018)、国际溶剂热水热联合会ISHA Roy-Somiya Award ( 2018)、Fellow of the Royal Society of Chemistry (2015)、首届高等学校科学研究优秀成果奖(科学技术)青年科学奖(2015)、第八届“中国化学会-巴斯夫青年知识创新奖”、2009年第十一届中国青年科技奖、2009年“中国化学会-英国皇家化学会青年化学奖”、2005 IUPAC Prize for Young Chemists等奖励和荣誉。