受阻路易斯酸碱对团簇（FLPCluster）用于选择性催化加氢

注：文末有研究团队简介及本文科研思路分析

近年来，受阻路易斯酸碱对(Frustrated Lewis Pairs，FLPs)因其优异的催化性能已在均相催化反应中得到广泛应用。在经典的FLPs中，路易斯酸(LA)和路易斯碱(LB)形成的活性中心可以有效地活化小分子。然而不仅如此，现在FLPs也被广泛应用至各种异相催化剂，如沸石、金属氧化物表面及金属/共价有机框架等。FLPs功能化的异相催化剂在活化小分子方面显示出优越的催化活性和稳定性。近日，内蒙古大学沈慧研究员团队与厦门大学郑南峰院士团队和内蒙古大学李锋钰教授团队合作，创新性地将FLP单元镶嵌于配体稳定的铜纳米团簇表面，首次提出“受阻路易斯酸碱对团簇”（FLPCluster）新概念。

在此项研究中，该团队巧妙地使用含有2-甲氧基的硫醇配体修饰铜纳米团簇表面。在这个团簇中，硫醇配体与其它有机配体一起用于稳定金属内核，而极为独特的是，团簇表面部分的甲氧基（LB）竟与表面铜原子（LA）配位形成FLP。理论计算表明，正是纳米团簇表面的FLP活性位点通过异裂途径活化H₂，进而才实现温和条件下的高效催化加氢（见下图）。在本工作中，作者利用[Cu₃₄S₇(RS)₁₈(PPh₃)₄]²⁺纳米团簇作为模型催化剂（以下简称为Cu₃₄，RSH = 2-甲氧基苯硫醇），初步探究了FLPCluster在小分子活化中的实际应用。

FLPCluster的设计策略和Cu₃₄纳米团簇示例

综上，这项工作通过创造性地将FLPs基元引入至原子精确的纳米团簇表面，从而诞生出首例受阻路易斯酸碱对团簇（FLPCluster），并发现其具有优异的催化性能。该工作体现了纳米团簇催化与FLP催化相结合的新思路。FLPCluster兼具受阻路易斯酸碱对与纳米团簇的优势，不仅能够如常规FLPs催化剂进行小分子活化，且由于团簇表界面配体化学的精确性，为实现纳米催化剂的精准调控提供了可能。该工作得到了国家重点研发计划课题、国家自然科学基金、内蒙古大学“骏马计划”及内蒙古青年科技人才发展项目的大力支持。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Anchoring Frustrated Lewis Pair Active Sites on Copper Nanoclusters for Regioselective Hydrogenation

Simin Li, Qingyuan Wu, Xuexin You, Xiaofei Ren, Peilin Du, Fengyu Li, Nanfeng Zheng and Hui Shen

J. Am. Chem. Soc., 2024, 146, 27852–27860, DOI: 10.1021/jacs.4c10251

沈慧教授简介

沈慧，内蒙古大学研究员，博士生导师。厦门大学获博士学位 (2022)，导师为郑南峰院士。2022年9月通过内蒙古大学“骏马计划”资助，引进至内蒙古大学能源材料化学研究院。沈慧教授长期从事于金属纳米团簇功能材料和CeO₂基抛光粉材料的研究，致力于将金属有机的概念、策略和手段应用于纳米材料及抛光材料的表界面化学的理解与改性上，以有利于其在催化、能源、抛光等领域的广泛应用。以第一/通讯作者在Chem. Rev.，Coord. Chem. Rev.，Chem，J. Am. Chem. Soc.，Angew. Chem. Int. Ed.，ACS Nano，Aggregate，Adv. Sci.，Small Methods，ACS Materials Lett.，Nano Res.，Chem. Mater.，ACS Applied Energy Materials，JACS Au等化学和材料相关杂志上发表论文60余篇。目前正主持国家重点研发计划“稀土新材料”子课题、国家自然科学基金青年科学基金项目、内蒙古自治区青年英才等科研项目。

https://www.x-mol.com/groups/shenhuiketizu 

科研思路分析

Q：这项研究最初受什么启发？或者说想法是如何产生的？

A：这项工作的成功离不开郑南峰院士团队的科学思维训练。在我攻读博士期间，组内吴庆远博士（本文共同第一作者）通过在氧化铝载体上构建FLP：Al---O进而实现了温和条件下氢气的活化（Chem. Sci. 2024, 15, 3140）。当时我们就在想能否将FLP这种催化单元引入至纳米团簇领域。又鉴于修饰纳米团簇经常会使用到有机配体，所以我们极其巧妙地挑选了一个含有甲氧基的硫醇配体去保护铜纳米团簇。后来理论计算和实验结果都证明了我们的想法是可行的。这个团簇不仅结构上呈现出FLP的构型，更重要的是，其催化性质也完全符合FLP催化剂的特征并表现出高催化性能。

Q：在研究过程中都遇到哪些挑战？

A：最大的挑战可能就是大家对新概念的认可度。在这个工作中，我们通过纳米团簇和FLP相结合，首次提出了“FLPCluster”新概念。但是在前期验证过程中，我们设计了很多实验方案，确实付出了非常多的努力。

此外，这项研究属于交叉领域，涉及诸多学科，如金属有机化学、团簇化学、异相催化、团簇催化、FLP催化、表界面化学、理论计算等方面。因为我们团队刚组建不久，在很多方面难免有不足之处。未来希望可以与更多领域的团队合作，共同推动FLPCluster的深入发展。

Q：该项研究成果可能有哪些重要的意义？哪些领域的企业或研究机构可能从该成果中获得帮助？

A：其实，这项研究成果最重要的核心部分是“FLPCluster”新概念的提出。我们创新性地将FLP引入至纳米团簇领域。对于本课题组，我们现在已经将这个概念成功应用于多个团簇和各类催化反应中。对于纳米团簇领域而言，这项研究将给团簇催化带来新的发展契机。从FLP领域而言，原子精确的金属纳米团簇为FLP的认识和应用提供了一个理想的研究模型。从科学角度而言，这项研究提醒我们要始终保持开放心态，积极学习不同领域知识，善于通过交叉融合发现新的科研体系。我们相信本项研究成果应该会对催化应用产生较大影响。