基于超级共价键模型的新型团簇及团簇组装材料设计

The concept of superatom has attracted reasonable interest of physical chemists. Based on superatom model, the valence electrons are delocalized freely in the whole cluster, and the cluster can be taken as a single superatom, which has similar properties in electronic structure and chemical reactions with atom. Superatom enlarges the period table from 2D to 3D, and enriches the content of chemistry. Very recently, our group proposed the super valence bond (SVB) model. We think that valence electrons belong to individual superatom, and super valence bonds can be formed between superatoms by sharing valence pairs. SVB model enlarges the concept of chemical bonds and attracts great interests. The main part of this project is to further develop and apply the SVB theory, finding the types of various super bonding, designing novel superatomic clusters, understanding the novel properties of alloys from electronic structure, assembling superatoms to superatomic crystals to design novel cluster-assembling materials.

超原子这一概念吸引了物理化学家的广泛兴趣。基于超原子模型，金属团簇中的价电子可以自由地在整个团簇中离域，而团簇整体可以看作一个超级原子，其在电子结构及化学反应等方面都与对应的简单原子类似。超原子概念把元素周期表被从二维扩展到三维，从而大大丰富了化学的内涵。最近，我们进一步拓展了超原子理论，提出了超级共价键理论，认为电子并不会在整个团簇中离域，而是分属于多个超级原子，并且超级原子之间通过共享电子对形成超级共价键。超级共价键理论进一步拓展了人们对化学键的认识，引起了广泛关注。本项目的主要内容为进一步发展和应用超级共价键理论，系统研究超级共价键的成键方式及类型，设计新型超原子分子团簇，从电子结构方面解释某些合金的奇异性质，尝试像组装原子成原子晶体一样组装超原子成超原子晶体，设计新型团簇组装材料。

超原子这一概念吸引了物理化学家的广泛兴趣。基于超原子模型，金属团簇中的价电子可以自由地在整个团簇中离域，而团簇整体可以看作一个超级原子，其在电子结构及化学反应等方面都与对应的简单原子类似。超原子概念把元素周期表被从二维扩展到三维，从而大大丰富了化学的内涵。我们在前期工作中，拓展了超原子理论，提出了超级共价键理论，认为电子并不会在整个团簇中离域，而是分属于多个超级原子，并且超级原子之间通过共享电子对形成超级共价键。本项目进一步发展、完善了超级共价键理论，提出了超原子杂化成键、超原子间的五重键等模型，并解释了实验现象。目前，超级共价键理论已为理论化学界所认可。本项目共发表以项目负责人为通信作者的SCI论文14篇，其中影响因子3.0以上的论文9篇，2篇Nanoscale、3篇J. Phys. Chem. C、4篇RSC Advances。