这种“金属氧立方”会成为新的“基因材料”吗？| NSR

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近期，中科院化学所姚建年院士、骆智训研究员，北京大学深圳研究生院潘锋教授、清华大学李隽教授等在《国家科学评论》(National Science Review，NSR) 发表研究论文，报道了具有特殊稳定性的类钙钛矿结构中性团簇CO₁₃O₈，理论研究表明该团簇具有独特的立方芳香性。这类新型的氧钝化金属团簇有望用作基因新材料，研究人员将其命名为“金属氧立方”（metalloxocubes）。

在自主研制的深紫外仪器平台上，研究者气相合成了一系列Co_n团簇，并使用先进的皮秒脉宽177.3nm深紫外激光高效光电离质谱（DUV-LIMS）技术，观测了中性钴团簇与氧气的反应，从中发现了具有特殊稳定性的幻数团簇Co₁₃O₈ (如下图)。

A 纯的中性Co_n团簇质谱分布；B/C Co_n团簇与中量及大量氧气反应后质谱分布；插图为仪器制样方法与Co₁₃O₈氧立方的NICS芳香性描述。

为了研究Co₁₃O₈团簇的几何结构及化学/物理性质，研究者运用3种不同的计算方法进行结构搜索，结果，3种方法得到了一致的全局极小结构，即13个金属在中心而8个氧原子锚定8个角的金属氧立方结构（metalloxocubes）。

更进一步，研究者确认“金属氧立方”独特的稳定性与其体心立方结构、突出的前线轨道能隙，乃至芳香性均相关，并讨论了从二十面体Co₁₃到立方Co₁₃O₈的结构演化过程中的热力学和反应动力学问题。通过计算其核独立化学位移与磁感应电流密度，并结合电子结构与轨道分析，研究者还深入诠释了Co₁₃O₈的立方芳香性及其化学本质。

这项研究是从理解原子到宏观物质的结构演变出发，并由此构建新材料、探索稳定团簇新物种的一次有益尝试。具有独特稳定性和立方芳香性的“金属氧立方”中性氧钝化金属团簇有望成为一种合适的候选基因材料。

点击“阅读原文”查看论文原文。

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