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本文的主要作者为Fuqin Zheng和Wei Chen，分别来自广西师范大学化学与药学学院和广西师范大学教务处/教师教育发展中心。该论文于2023年12月21日在线发表在《Coordination Chemistry Reviews》期刊上，题为“Metal clusters confined in porous nanostructures: synthesis, properties and applications in energy catalysis”。
论文的主题是探讨金属纳米团簇（Metal Nanoclusters, MNCs）在多孔纳米结构中的合成、性质及其在能源催化中的应用。MNCs是介于金属纳米颗粒（Nanoparticles, NPs）和单个原子之间的微小结构，具有独特的电子结构和物理化学性质。然而，由于其尺寸小，MNCs容易发生团聚，难以合成，这限制了其广泛应用。因此，如何获得尺寸精确且高度稳定的MNCs成为该领域的研究热点。多孔材料因其稳定的结构被认为是控制MNCs尺寸、防止其团聚并提高其催化稳定性的理想模板。
论文的主要内容包括以下几个方面：
MNCs的合成策略
论文详细介绍了多种多孔材料作为模板合成MNCs的方法，包括金属有机框架（Metal-Organic Frameworks, MOFs）、共价有机框架（Covalent Organic Frameworks, COFs）、配位笼（Coordination Cages）、树枝状大分子（Dendrimers）和碳材料（Carbon Materials）。每种多孔材料都有其独特的结构和性质，能够通过不同的合成策略精确控制MNCs的尺寸和分布。例如，MOFs因其高表面积和可调的孔隙结构，被广泛用于MNCs的封装；COFs则因其共价键连接的稳定性和化学稳定性，成为MNCs合成的理想模板。
MNCs的合成方法
论文详细讨论了多种合成MNCs的方法，包括溶液浸渍法（Solution Impregnation）、化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition, CVD）、双溶剂法（Double Solvent Method, DSM）等。溶液浸渍法是最常用的方法，通过将金属前驱体溶液浸入MOFs孔道中，随后通过还原处理形成MNCs。CVD法则通过将挥发性金属前驱体在真空条件下扩散到MOFs孔道中，随后通过还原或热分解形成MNCs。双溶剂法则通过使用亲水和疏水溶剂，减少金属前驱体在MOFs外表面的沉积，从而提高MNCs的均匀分布。
MNCs的催化应用
论文总结了MNCs在能源催化中的广泛应用，包括燃料电池（Fuel Cell）、氧还原反应（Oxygen Reduction Reaction, ORR）和氢气生成（Hydrogen Generation）。MNCs因其高表面能和丰富的表面活性位点，表现出优异的催化性能。例如，Au纳米团簇在葡萄糖氧化反应中的催化活性与其尺寸密切相关，尺寸越小，催化活性越高。此外，Pd和Pt纳米团簇在硝基苯还原反应中也表现出高选择性和转化率。
MNCs的表征技术
论文还介绍了多种用于表征MNCs结构和技术的手段，包括透射电子显微镜（Transmission Electron Microscopy, TEM）、X射线衍射（X-ray Diffraction, XRD）和X射线光电子能谱（X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS）等。这些技术能够精确测定MNCs的尺寸、分布和电子结构，为其在催化中的应用提供理论支持。
MNCs的挑战与前景
论文最后总结了MNCs在多孔材料中的研究挑战和未来发展方向。尽管MNCs在催化中表现出巨大潜力，但其合成和稳定性仍面临诸多挑战。例如，如何精确控制MNCs的尺寸和分布，如何提高其在高温和强还原环境中的稳定性，以及如何实现大规模生产等。未来的研究应着重于开发新的合成策略和表征技术，以进一步推动MNCs在能源催化中的应用。
本文的意义在于系统总结了MNCs在多孔材料中的合成、性质及其在能源催化中的应用，为该领域的研究提供了全面的参考。通过探讨不同多孔材料对MNCs合成的影响，论文为开发高效、稳定的MNCs催化剂提供了理论指导。此外，论文还指出了该领域的研究挑战和未来发展方向，为后续研究提供了重要的思路和方向。
论文的亮点在于其系统性和全面性，涵盖了MNCs合成的多种策略、表征技术及其在能源催化中的应用。通过对比不同多孔材料的优缺点，论文为选择合适的模板和合成方法提供了依据。此外，论文还提出了未来研究的方向，为该领域的进一步发展提供了重要的参考。