硼由于缺电子性质而具有复杂多样的化学性质，在材料、催化和能源等诸多领域都有重要应用。在过去的二十年里，人们对带有电荷的离子型硼团簇开展了广泛的实验研究。与离子型硼团簇相比，中性硼团簇由于没有电荷，难于探测和质量选择，实验研究更加具有挑战性。因此，实现中性硼团簇的光谱表征是科学家们长期以来的目标之一。

近日，中国科学院大连化学物理研究所江凌研究员、李刚副研究员实验团队联合清华大学李隽教授理论团队和美国布朗大学王来生教授团队，利用基于大连相干光源的中性团簇实验站，在硼团簇的光电离效率光谱研究中，发现了最小三维中性硼团簇是由9个硼原子组成，该工作为系统研究中性硼基纳米团簇的结构演化机制开启了新篇章。

实验中，利用基于大连相干光源的中性团簇实验站，测定了一系列中性硼团簇的光电离效率光谱。实验结果表明，B₉的第一和第二电离势（IP1和IP2）分别为8.45 ± 0.02 eV和 9.61 ± 0.02 eV。李隽教授团队利用自编的TGMin程序结合高精度的量子化学理论方法，计算了硼团簇的各种稳定结构和电离势，理论与实验高度吻合。研究结果表明，B₉的最稳定结构是具有D_7h对称性的七角双锥构型，表明在中性B₉团簇中已经形成了三维结构，这与B₉^-负离子硼团簇的平面分子轮结构完全不同。

B₉最稳定异构体的结构和成键非常有趣。成键分析显示：B₉中的定域化成键成分包含B₇环中的七个两中心两电子（2c-2e）B-B σ键和封帽原子之间的一个两中心单电子（2c-1e）B-B σ键，其中封帽B原子间的单电子键对稳定B₉的D_7h结构至关重要。封帽B原子和B₇环之间又存在广泛的离域键，包括三个由B₂的1σ_g/1π_u轨道和B7的σ_s/σ(r)_p轨道相互作用产生的九中心两电子（9c-2e）离域σ键和三个由B₂的1σ_u/1π_g轨道和B₇的π_p轨道相互作用产生的九中心两电子（9c-2e）离域π键。这些离域键进一步加强了B₇环中的B-B键，导致它们的多重键特征。离域的σ和π键都满足4n+2休克尔规则，表明双重芳香性是B₉七角双锥结构高稳定性的基础。

该工作揭示了最小中性硼团簇三维结构是由9个硼原子组成，突破了人们长期以来对中性硼团簇的研究瓶颈，为揭开硼基纳米团簇的结构演化奥秘提供了新的可能。

Observation of the Smallest Three-Dimensional Neutral Boron Cluster

Cong-Qiao Xu, Tiantong Wang, Chong Wang, Xin-Ran Dong, Huijun Zheng, Ya Zhao, Li-Li Pan, Jiayue Yang, Weiqing Zhang, Guorong Wu, Hua Xie, Gang Li, Jun Li, Ling Jiang, Xueming Yang, Lai-Sheng Wang

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/