元素取代和掺杂验证了功能材料化学和物理性能的优化，取代原子的组成比例通常通过改变其几何和电子结构来决定其性能。对于由可数原子聚集体组成的原子级精确纳米团簇（NC），可以精确控制其组成，为研究杂原子取代效应提供理想的模型。由于铝(Al)和硼(B)均属于元素周期表中的第13族，因此可以在保持Al_nB_m NC中价电子总数的情况下研究B原子取代对Al_n NC的影响。

在本研究中，庆应义塾大学Atsushi Nakajima用X射线光电子能谱和氧分子暴露测量研究了有机表面负载的Al_nB_m NCs(m=1，n=6−14和m=2，n=11)与B原子取代后的氧化反应活性。

文章要点

1）在完成内嵌B@Al₁₂−超原子NC之前，Al NC(Al_nB)中的一个B原子取代与Al_n+1相比，氧化反应活性提高了3−20倍，特别是当n≤11时。当Al₁₂B中的一个Al原子进一步当被B原子取代形成Al₁₁B₂时，反应活性急剧增加（6.6×102倍），表明B原子取代使NC在几何上具有化学活性或不活性，具体取决于AlNC中B原子的外面或内面位点。

2）此外，密度泛函理论计算表明，除Al₁₂B之外，电负性的B原子有助于形成局部带正电的Al位点，以促进O₂吸附，其中B原子在B@Al₁₂中被Al₁₂笼表面几何屏蔽。

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Tomoya Inoue, et al, Oxidative Activation of Small Aluminum Nanoclusters with Boron Atom Substitution prior to Completing the Endohedral B@Al₁₂⁻ Superatom, J. Am. Chem. Soc., 2023

DOI: 10.1021/jacs.3c06191

https://doi.org/10.1021/jacs.3c06191