2021级博士研究生范吉强在Angew上发表团簇催化的研究成果 - 课题组新闻 - 安徽大学物质科学与信息技术研究院李漫波课题组

原子精确的金属团簇是一类新兴纳米材料，它结合了均、多相金属催化剂的优势，在催化有机反应过程中具有兼备高催化活性、选择性以及催化剂回收的潜力。此外，金属团簇的精确结构还有利于深入研究其催化机理，对开发优势催化剂至关重要。金属团簇催化剂设计的核心挑战在于平衡其稳定性和催化活性：惰性配体保护的金属团簇表面缺乏有效的催化活性位点，而相对活泼的金属团簇则在催化过程中容易团聚或分解导致催化剂失活。
受路易斯酸碱催化的启发，我们和宁波大学许文武教授合作，在金属团簇表面同时引入路易斯酸碱位点。路易斯酸碱对的同时存在既有效增强了金属团簇的结构稳定性，又能通过协同催化作用同时活化多组分底物，在四组分Ugi反应中表现出优异的催化能力。
基于课题组前期的研究基础，我们在团簇合成过程中引入膦-氮-膦（PNP）pincer配体以及金属镉，合成了同时具有路易斯碱性氮位点和路易斯酸性镉位点的金团簇Au35Cd2(PNP)(SR)18Cl（R = Adm）。相邻Au35Cd2团簇分子表面的路易斯酸碱位点相互作用，有效增强了该团簇在有机体系中的稳定性。
基于路易斯酸性的镉位点活化醛和胺生成亚胺中间体、路易斯碱性的氮位点活化羧酸、以及金位点活化异腈，Au35Cd2团簇能高效催化Ugi反应。动力学研究表明该催化反应的表观活化能为5.81KJ/mol，表明了团簇活化该四组分反应底物的能力。此外，Au35Cd2团簇催化剂在反应过程中表现出均相体系，而在反应过后能较容易地通过柱层析、离心进行分离，因而兼具均、多相催化的优势。以Au35Cd2团簇的原子精确结构为依托，结合控制实验，作者提出了团簇表面路易斯酸碱位点协同活化的团簇催化反应机制。许文武教授通过对团簇静电势的计算以及反应中间体的模拟，从理论上进一步明确了团簇两端的路易斯酸碱位点以及其活化底物的模式。该工作为构筑高效的金属团簇催化剂，以及开发金属团簇在多组分有机串联反应中的催化性能提供了新的思路。