大连化物所利用大连相干光源发现最小三维中性硼团簇

近日，我所化学反应动力学全国重点实验室团簇光谱与动力学研究组（2506组）江凌研究员、李刚副研究员团队联合清华大学李隽教授团队、美国布朗大学王来生教授团队，利用自主研制的基于大连相干光源的中性团簇实验站，在硼团簇的光电离效率光谱研究中发现了最小三维中性硼团簇是由9个硼原子组成，为系统研究中性硼基纳米团簇的结构演化机制提供了新思路。

硼由于缺电子性质而具有复杂多样的化学性质，在材料、催化和能源等诸多领域都有重要应用。在过去的二十年里，科研人员对带有电荷的离子型硼团簇开展了广泛的实验研究。与离子型硼团簇相比，中性硼团簇由于没有电荷，难于探测和质量选择，使得实验研究更加具有挑战性。因此，实现中性硼团簇的光谱表征是科研人员长期以来的目标之一。

为实现对中性团簇的精准探测和结构解析，江凌和李刚团队近年来自主研制了基于大连相干光源的中性团簇实验站（Review of Scientific Instruments，2020），实现了质量选择中性团簇的高灵敏谱学探测、结构表征和反应性能研究，发现了最小水滴立体结构是由五个水分子团簇组成（Proc. Natl. Acad. Sci.，2020）。这一独特的实验方法为研究各类中性团簇开辟了新途径。

本工作中，江凌和李刚团队与王来生团队合作，利用基于大连相干光源的中性团簇实验站，测定了一系列中性硼团簇的光电离效率光谱。实验结果表明，B9的第一和第二电离势（IP1和IP2）分别为8.45±0.02eV和9.61±0.02eV。李隽团队利用自编的TGMin程序结合高精度的量子化学理论方法，计算了硼团簇的各种稳定结构和电离势，理论与实验结果高度吻合。研究表明，B9的最稳定结构是具有D7h对称性的七角双锥构型，表明在中性B9团簇中已经形成了三维结构，这与B9-负离子硼团簇的平面分子轮结构完全不同。成键分析表明，在中性B9团簇中，封帽B原子间的B-B单电子键对稳定B9的七角双锥结构至关重要。该工作揭示了最小中性硼团簇三维结构是由9个硼原子组成，突破了科研人员长期以来对中性硼团簇的研究瓶颈，为揭示硼基纳米团簇的结构演化奥秘提供了新的可能。

相关研究成果以“Observation of the Smallest Three-Dimensional Neutral Boron Cluster”为题，发表在《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上。该工作的共同第一作者是南方科技大学副教授许聪俏和我所2506组博士研究生王天通。该工作得到科技部科技创新2030-重大项目、国家自然科学基金、国家自然科学基金委“动态化学前沿研究”基础科学中心项目等项目的资助。