最近，受《化学研究述评》(Accounts of Chemical Research)主编邀请，西安交通大学物理学院侯高垒教授等人对课题组近年来在富勒烯-金属团簇结构、光谱与性质方面的研究工作进行了述评。富勒烯的发现源自研究人员对星际碳物质的探索，于1985年由Kroto、Smalley和Curl等人首次实验发现，并因此获得1996年诺贝尔化学奖。富勒烯的高稳定性、电子受体特性以及结构可调性，使得富勒烯材料在超导、电子器件、光伏电池、催化和生物医学等领域受到广泛重视。
近年来，西安交通大学侯高垒教授与合作者利用双样品靶双束溅射激光团簇束源技术耦合惰性气体标记的红外光解离光谱技术，首次测量了气相富勒烯-金属复合物的高分辨红外光谱；结合量化计算和分子动力学模拟，发现单个钒离子在富勒烯表面的最有利结合位点为五元环上方，其稳定性来自于金属与富勒烯之间的轨道相互作用和静电相互作用，从而回答了“外来一个原子或基团在富勒烯表面的最稳定结合位点是什么”这一基本的物质结构问题。
基于所测量的气相富勒烯-金属复合物的高分辨红外谱，通过与Spitzer空间望远镜得到的天文观测谱比对分析，发现富勒烯-金属复合物可潜在贡献于星际未证认红外发射谱带和弥漫星际谱带）。进而，侯高垒教授团队将目前实验测量的所有富勒烯物种的红外特征频率汇编为VibFullerene数据集，利用密度泛函理论计算和统计分析，提出了预测富勒烯物种红外光谱的可靠方法，为詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）搜索这些星际物种提供了重要参考。
同时，若将富勒烯看作多孔碳材料的模型，那么原子数精确的富勒烯-金属团簇则可作为碳基载体金属催化剂的模型，从而在团簇催化研究中巧妙地考虑载体效应。通过深入研究C60V+催化水分解生成H2和O2的微观机制，团队发现C60具有显著的载体效应，不仅可以作为水分解制氢的“摆渡车”（几何效应）帮助氢原子转移和氢气形成，而且可以作为“电子海绵”（电子效应）在催化过程中驱动金属中心的价态转变，推动整个催化反应的完成。
上述相关工作展示了富勒烯-金属团簇的多面性，在天体物理、星际化学和能源催化等领域均具有重要的研究意义。相关述评文章以《多面神富勒烯-金属团簇：从基础到应用》（Multifacets of Fullerene-metal Clusters: From Fundamental to Application）为题发表在《化学研究述评》（Accounts of Chemical Research）上。论文评述了富勒烯-金属团簇研究方面的最新进展，对进一步探索富勒烯-金属团簇体系的超快电荷转移动力学及其在研究天体物理与星际化学、能源催化转化和异质结材料等领域问题的科学意义和潜在价值进行了展望。西安交通大学物理学院侯高垒教授领导该工作，为论文通讯作者，博士生徐健智为论文第一作者。西安交通大学物理学院和物质非平衡合成与调控教育部重点实验室为论文第一单位与通讯单位，研究工作得到了国家自然科学基金委和陕西省科技厅等项目的支持。
西安交大团簇谱学精密测量与结构调控研究团队由侯高垒教授牵头组建。团队实验和理论并重，坚持面向世界科技前沿和国家重大需求，主要利用自主研发的多维度调控的高灵敏高分辨质谱-光谱联用实验技术与仪器，开展原子分子团簇结构、光谱学及其动力学的实验和理论研究。目前研究工作主要围绕实验室天体物理与星际化学、能源催化转化以及团簇基功能信息材料的设计与构建等开展。在JACS、Angewandte Chemie、Acc. Chem. Res.、PNAS、Nat. Commun.、Astrophys. J.和MNRAS等期刊发表学术论文90余篇；主持国家自然科学基金委面上项目、重大研究计划（培育）、科技部高端外专项目等，与国内外多个知名研究小组和大型光源装置如加拿大光源、荷兰自由电子激光光源FELIX等建立有紧密的长期合作关系。
论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.accounts.4c00130
