化工小知识分享-原子簇化合物

原子簇化合物化学， 特别是过渡金属原子簇化合物的合成、结构及其催化性能的研究， 是当前化学学科中非常活跃的研究领域之一。

原子簇化合物也叫做簇状化合物， 它是指原子键合在一起形成多面体结构的所有化合物。它包括非金属原子簇和金属原子簇两大类。非金属原子簇包括像硼烷、碳硼烷一类特殊化合物， 也可包括像P4O6，P4O10以及Tel+等一类简单的化合物。含有金属-金属键的化合物叫做金属簇状化合物。

1858年，鲁辛(Roussin)合成了第1个原子簇化合物Cs〔Fe4S3(NO)7〕·H2O，称为鲁辛黑盐，1958年，经X射线分析确定其结构。斯托克等在1912～1936年首先对硼烷展开了研究。利普斯科姆等从1954年以来对硼烷及其衍生物开展了一系列的研究工作。他提出了 “三中心键”的概念， 发展出硼烷结构的化学拓扑理论。在此基础上， 逐渐深入到分子轨道理论的研究， 还系统地进行了硼烷的低温晶体和分子结构测定的研究。由于利普斯科姆这些独创性研究，终于获得了1976年诺贝尔化学奖。1965年， 霍索恩(M.F.Hawthorne)等合成并研究了〔(C2B9H11)2M〕类型的金属碳硼烷。70年代韦德(K.Wade)提出了骨架成键电子对理论。促进了对很多化合物， 特别是硼烷及其衍生物的分子几何构型的研究。60年代以来，过渡金属原子簇化合物的研究得到了迅速发展。1963年，科顿(F.A.Cotton)等在研究〔Re3Cl12〕3-时，首先对过渡金属原子簇化合物进行了一般性讨论。随后， 制备和确认了更多的化合物具有金属-金属键，使得原子簇的概念逐渐地为人们所接受。继后又发现原子簇化合物和金属表面有许多相似的性质，具有特殊的催化活性。特别是生物体中的许多金属酶的活性中心常以原子簇形式存在。因而就促使人们进一步对原子簇化合物进行研究。

金属原子簇化合物含有M-M键，并且都遵守16～18电子规则。含有3个以上金属原子的簇状化合物， 通常能构成金属原子的多面体结构。这类原子簇化合物又特殊地被称为多面体金属簇状化合物。能生成M-M键化合物的金属元素可分为两类。一类是某些主族金属元素。它们生成无配体的所谓 “裸露”的金属簇离子， 如： Ge2-9， Pb2-5， Bi2+8，Se2+4等， 它们不是配合物， 另一类是过渡金属元素， 它们与卤素、一氧化碳等配体以及某些有机基团配体生成金属簇状配合物， 不仅能生成同核的M-M键，而且也可生成异核的M-M′键。金属簇状配合物根据配体的类型可分为簇状卤化物，簇状羰基物和有机配体金属簇配合物3种主要类型。按照金属簇中金属原子数的不同可分为双原子簇、三原子簇、四原子簇直至九原子簇等。

具有独特结构和特定性能的原子簇化合物，其应用潜力与现代工业、农业及能源开发密切相关。近年来，开展了金属原子簇的均相催化剂固相化的研究。把分子态的金属原子簇键联在有机聚合物或无机氧化物载体上，形成所谓锚定金属原子簇或担载金属原子簇。还可进一步把已固相化于载体上的金属原子簇，通过加热等方式除去全部配位体(如一氧化碳)，以获得具有特定原子数的高度分散的金属微晶催化剂。这些新型的催化剂具有均相和多相催化剂的优点，这方面的研究在有机合成及工业催化等方面是十分重要的。此外，在发展催化活化理论、化学模拟各种生物酶的催化、电催化、光催化、超导材料、照相过程以及电子技术薄膜材料等方面的研究都具有十分重要的应用前景。