英文原题：The Tiara Nickel Cluster Story from Theory to Catalytic Applications
通讯作者：李杲，中科院大连化学物理研究所
作者：Piracha Sanwal, Xinrui Gu, Yifei Zhang*, Gao Li*
研究背景：
近些年以来Ni基催化剂受到了广泛的关注。Ni团簇具有高比表面积、强吸附能力、高催化活性及易于重构的特点。作为研究分子吸附过程的模型系统，深入揭示Ni团簇与分子的相互作用显得尤为重要。因具有独特的结构及物理化学特性，Ni团簇对于研究催化反应过程十分关键。同时密度泛函理论结合实验结果能够深入揭示Ni团簇的电子结构稳定性及催化反应过程。
内容介绍：
本文首先全面论述了Ni基催化剂的相关反应机理，包括密度泛函理论计算、活化能垒、电荷密度差异性等相关内容。密度泛函理论表明，Ni团簇由于自身特殊的电子结构、吸附机制及热稳定性，能够活化转化不同种类的小分子，如CO、NO、H2等，这些研究结果对于新型Ni基催化剂的设计提供了坚实的理论依据。
全文主要总结了Ni团簇在催化领域的相关应用：热催化、光催化及电催化。再次代表性的列举三个例子进行说明。
（1）光催化应用：
Ni6团簇能够负载并均匀分散于g-C3N4载体表面，TEM结果表明，负载后的Ni基团簇并没有发生明显的结构改变，EDS分析进一步证实了复合物结构的形成及元素分散的均一性。进一步研究表明，将Ni6负载于TiO2表面能够显著提高其光催化产氢的性能。
图一、Ni6团簇的结构及光催化性能研究
（2）热催化应用
粒径分散在1.2至2.7纳米的Ni团簇能够负载于介孔酸性分子筛表面形成NiNC@Mes-HZ催化剂。550 °C高温处理能够有效去除制备过程中引入的S、C元素。在催化DTO反应过程中，0.11NiNC@Mes-HZ催化剂对于C5-11产物的选择性达到了66.4%，优于HZSM-5催化剂。
图二、NiNC@Mes-HZ催化剂的Ni纳米簇粒径分布及DTO催化反应结果
（3）电催化应用：
FeNi@IL纳米颗粒平均粒径约为2 nm，在高分辨透射电子显微镜下仍然无法观测到晶格条纹的存在，XRD谱图进一步证实了其无定形结构。在电催化产氧反应中，催化剂活性顺序为：FeNi@IL/C < FeCo@IL/C < CoNi < Co < Fe < Ni。
图三、FeNi@IL纳米颗粒的表征及M@IL/C催化剂电催化产氧反应活性测试
总结/展望：
本文首先全面论述了Ni基催化剂的相关反应机理，包括密度泛函理论计算、活化能垒、电荷密度差异性等相关内容。密度泛函理论表明，Ni团簇由于自身特殊的电子结构、吸附机制及热稳定性，能够活化转化不同种类的小分子，如CO、NO、H2等，这些研究结果对于新型Ni基催化剂的设计提供了坚实的理论依据。
Cite this: Sanwal, P.; Gu, X.; Zhang, Y.; Li, G. The Tiara Nickel Cluster Story from Theory to Catalytic Applications. Precision Chemistry 2025, 3 (4), 157–171. https://doi.org/10.1021/prechem.4c00087.