科学通报 | 超团簇概念的提出与展望|科学通报|超分子|超团簇

在国际团簇科学研究不断深化之际，我国科研团队于2023年初步提出并系统阐述了“超团簇”这一概念。

团簇科学作为连接微观原子与宏观物质的重要桥梁，其发展可追溯至20世纪中叶。1963年，F. A. Cotton提出“metal atom cluster”概念；我国卢嘉锡先生也在20世纪80年代为“原子簇”中文术语体系的建立作出了开创性贡献，为后续研究奠定了重要基础。

长期以来，研究多聚焦于单个团簇的内部结构与性质。随着认知深入，学者们逐渐认识到团簇之外组装化学的重要性：团簇可通过特定相互作用精确组装，形成结构更复杂、功能更强的“超结构”。在这一背景下，中国科学院福建物质结构研究所的方伟慧研究员和张健研究员于2023年尝试提出“超团簇”概念，期望它能作为一副“微观透镜”，为深入理解物质世界提供新视角，并为连接“超分子”（分子尺度组装）与“超粒子”（纳米颗粒尺度组装）之间的系统化研究提供可能的理论切入点（图1）。

图1超分子、超团簇以及超粒子的概念示意图

超团簇的独特之处，在于其突破了传统组装方式的局限，展现出两方面特点：

1. 结构的多级性：与传统的超分子组装相比，超团簇组装不仅限于氢键等弱相互作用力、配位键等非共价相互作用，还可拓展到共价键合。通过修饰团簇的外表面或内部结构，能够实现超团簇结构的多样化，同时拓展了组装方式的多样性。

2. 功能的可调性：和单个金属原子相比，团簇是更灵巧的聚集体构筑单元，是自带复杂功能（如催化、磁性、光学活性）的“智能元件”。一方面，通过调控组装过程中的作用力类型与强度，可直接影响超团簇材料的宏观结构与性能；另一方面，团簇表面丰富的活性位点，为引入特定功能基元（如催化、磁性、光学活性中心）提供了理想平台。这种多层级、多机制的调控能力，使超团簇在性能优化与功能集成方面展现出显著优势。这不仅是构筑单元的升级，更是设计理念的跃迁。

“超团簇”概念在理解从微观分子到宏观物质的演化路径方面具有一定普适性，可适用于不同类型的团簇及不同强度的分子间作用力体系。目前该研究尚处于萌芽阶段，其真正价值仍有待未来大量实验与理论的深入验证。

我们期待，“超团簇”作为连接超分子与超粒子之间的关键桥梁，能够为构建团簇基MOF、COF等交叉体系，以及开发团簇基多孔材料、团簇玻璃、团簇电子学等新型功能体系提供思路。

我们诚挚期待与国内外同行携手，共同探索“超团簇”概念在理解物质形成机制与设计新型功能材料等方面的潜在作用。

文章信息

方伟慧, 张健. 超团簇概念的提出与展望. 科学通报, 2026, 71（21）: 4940–4944

Fang W-H, Zhang J. Supraclusters: concept introduction and future prospects (in Chinese). Chin Sci Bull, 2026, 71（21）: 4940–4944

doi: 10.1360/CSB-2025-5341

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