二维材料为探索电子结构和催化应用提供了独特的平台。被称为“超原子”的纳米团簇可以像原子一样直接相连形成二维纳米结构网络。近日，研究团队利用室温湿化学合成法将铌氧团簇与过渡金属和稀土金属离子组装得到一系列二维“铌氧团簇烯”。具有六方结构的单层和少层的“铌氧团簇烯”由具有C3v对称性的{Nb24O72}团簇的直接键合而成。“铌氧团簇烯”对苯甲醇氧化表现出较好的光催化活性，转化速率是其团簇单元的十倍。理论研究表明这是由于二维“铌氧团簇烯”的面内电子离域带来催化反应能垒的降低。具有类“石墨烯”结构和独特电子性质的二维“铌氧团簇烯”为研究团簇组装体的电子结构与催化性能的构效关系提供了一个结构精确的分子模型。

二维“铌氧团簇烯”结构示意图

近日，该成果以“平面内法合成二维聚氧化乙烯基簇合物”（Synthesis of two-dimensional polyoxoniobate-based clusterphenes with in-plane electron delocalization）为题发表于《自然·合成》（Nature Synthesis）期刊。

论文第一作者为李中博士，通讯作者为清华大学胡憾石副教授、刘清达助理研究员、王训教授。研究得到国家自然科学基金委、科技部重点研发项目、科学探索奖等的支持。