JACS：中英学者联手发现孪生内嵌金属铅球烯生长机制

全金属团簇具有独特的几何结构、成键特性以及在材料科学和催化方面的潜在应用，然而如何设计合成具有特定结构和元素组成的全金属团簇仍然是一个巨大挑战。南开大学孙忠明教授（点击查看介绍）与英国牛津大学John E. McGrady教授（点击查看介绍）合作，此前报道了一系列贵金属核内嵌的髙核铅球烯，并且通过电喷雾质谱和理论计算等方法探究其形成机理（Nat. Commun., 2020, 11, 3477；J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 31, 13288–13293；Acc. Chem. Res. 2021, 54, 6, 1506–1516）。

近日，孙忠明课题组与John E. McGrady教授在之前的币金属-铅团簇研究的基础上，再次合作发现孪生内嵌铅球烯[Cu₄Pb₂₂]^4-，这弥补了之前提出的髙核铅球烯形成机理中缺失的一环。[Cu₄Pb₂₂]^4-团簇中包含通过三角反棱柱Cu₂Pb₄连接的两个[Cu₂Pb₁₁]^2-单元，与之前报道的[Au₈Pb₃₃]^6-和[Au₁₂Pb₄₄]^8-团簇中包含的[Au₂Pb₁₁]^2-单元类似，其结构为沿Cu-Cu/Au-Au键压缩的内嵌二十面体铅球烯。

团簇[Cu₄Pb₂₂]^4-的结构

通过理论计算的方法，对团簇[Cu₄Pb₂₂]^4-的电子结构进行分析，发现其稳定性主要来自相邻二十面体间的供体-受体相互作用。同时该团簇与B₂H₆分子等瓣相似，其成键有许多共同之处。

团簇[Cu₄Pb₂₂]^4-与已报道的[Cu₄Pb₁₈]^4-的电子结构对比

结合之前币金属-铅团簇的研究，作者发现[M₂Pb₁₁]^2-结构单元具有与币金属团簇相似的二聚甚至多聚的性质。因此，通过理论计算的方法以[M₂Pb₁₁]^2-为构筑单元，提出了髙核铅球烯完整的自组装路线，为髙核全金属团簇的合成提供了一个合理的合成方法。同时，Cu/Ag/Au元素的Zintl团簇化学的对比研究是元素周期表中币金属族性质周期性变化的重要证明。

团簇自组装路线

这一成果近期发表在J. Am. Chem. Soc.上，牛津大学Harry W. T. Morgan和南开大学树聪聪同学为文章的共同第一作者。

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）：

Missing Link in the Growth of Lead-Based Zintl Clusters: Isolation of the Dimeric Plumbaspherene [Cu₄Pb₂₂]⁴⁻

Harry W. T. Morgan, Cong-Cong Shu, Zhong-Ming Sun,* and John E. McGrady*

J. Am. Chem. Soc., 2022, DOI: 10.1021/jacs.1c10106

导师介绍

John E. McGrady

https://www.x-mol.com/university/faculty/2653 

孙忠明

https://www.x-mol.com/groups/Zhong-Ming_Sun