二维（2D）结构已被证明具有有趣且可能有用的特性，但是由于它们的各向同性结构，团簇倾向于组装成三维（3D）架构。基于此，清华大学王训教授（通讯作者）等人报道了一种多金属氧酸盐（polyoxometalate, POM）簇组装成具有均匀六边形孔和平面内电子离域特性的2D层状结构。在文中，作者制备了一系列2D POM组件，称为clusterphenes。稀土金属取代的Keggin型簇在单层内通过配位键连接，并通过与季铵抗衡阳离子的静电相互作用组装成堆叠的层状结构。通过调节反应条件（离子强度和反应时间）可以得到一系列多层和单层clusterphenes以及超薄纳米带。通过稀土金属替代制备了13种不同的POM簇，进而产生了一系列不同的clusterphenes，其中POM组装行为由金属原子的电荷半径比决定。根据密度泛函理论（DFT）计算发现，当多个簇之间共享电子时，催化烯烃环氧化的活化能显着降低。亚纳米级的结构导致clusterphenes层之间的电荷分布均匀，从而有效地降低了催化氧化还原反应过程中的活化能。结果表明，所制备的clusterphenes对烯烃环氧化反应的稳定性和催化效率显着提高，转化频率为4.16 h-1，是未组装团簇的76.5倍。这些结果说明了团簇组装材料的一般可行性、结构可调性和催化性能。Self-assembly of polyoxometalate clusters into two-dimensional clusterphene structures featuring hexagonal pores. Nat. Chem., 2022, DOI: 10.1038/s41557-022-00889-1.https://doi.org/10.1038/s41557-022-00889-1.
