在金属催化反应体系中，预催化剂可能在溶液中发生聚集或解离，形成由少量金属原子构成的纳米团簇。与均相络合物催化剂不同，这类原位形成的多金属团簇含有多个金属中心，可能同时活化并转化多个底物分子，从而区别于经典单核金属催化剂通常只能顺序活化单一底物的机制。

中国科学院上海有机化学研究所金属有机化学全国重点实验室王晓明课题组长期致力于生物酶启发的双多核金属催化及金属物种动态簇集研究。在前期工作中，他们已在若干金属催化体系内解析了金属物种的演变路径，并发现金属纳米团簇可作为活性催化物种。近期，他们联合安徽大学徐畅团队、武汉大学雷爱文/易红团队以及上海有机所李霄鹏/王恒团队，成功实现了内式炔烃的选择性双硼氢化反应，合成了高价值的谐二硼烷烃衍生物。更重要的是，通过多团队协作，系统揭示了镍前体在反应中的动态演变过程，深化了对原位形成金属纳米团簇反应性及其机理的理解 (J. Am. Chem. Soc. 2025, 10.1021/jacs.5c12842)。

传统金属催化的炔烃与硼烷的双硼氢化反应通常经历两次顺序的硼氢化步骤，涉及烯基硼中间体的生成，常面临复杂的位点选择性挑战。在本工作中，研究团队仅采用简单镍前体与氟化铯添加剂，在不引入复杂配体的情况下，成功实现了内式炔烃的高选择性双硼氢化。结合反应动力学诱导期、毒化实验、过滤实验、质谱分析、同步辐射XAFS表征以及理论计算等，团队发现，活性催化物种可能为由多个镍原子组成的金属纳米团簇。该类团簇凭借其表面多金属中心的结构特征，能够同时活化多个硼烷分子，从而突破经典单核金属催化剂一次仅能转移一对H与B的限制，并改变加成顺序，实现在单一催化循环中依次完成H、H、B、B的加成过程。该工作不仅解析了催化物种的演变并识别真实活性物种，还揭示了多核结构所带来的全新反应路径与机理，从本质上彰显了团簇的多金属结构特征所带来的独特催化性能。

图1 镍团簇的多底物活化和全新双硼氢化机制

该研究得到科技部、国家自然科学基金委、中国科学院、上海有机所以及金属有机化学全国重点实验室的大力资助。