原子级精确结构的金属纳米团簇因其独特的电子结构和优异的发光性能，近年来在光电器件和生物医学成像等领域展现出巨大的应用前景，业已发展成为国际纳米科学、物理学、化学、材料学等众多学科的研究热点。然而，金属团簇由于近红外发光量子产率低且发光机制不明晰，严重制约了其从基础研究迈向实际应用。近日，厦门大学杨志林教授、华侨大学骆耿耿教授与山东大学孙頔教授合作，在国际权威期刊《Chemical Society Reviews》（英国皇家化学会出版，2023年影响因子40.4，2年影响因子54.6）上发表了题为"Atom-precise coinage metal nanoclusters for near-infrared emission: excited-state dynamics and mechanisms"的综述论文，系统总结了近年来在金属纳米团簇的激发态动力学和光致发光机制研究方面的重大进展并对该领域的发展方向做了展望。

图 金属纳米团簇的激发态动力学、发光增强机制和策略概述示意图。

该综述论文系统全面地阐述了近年来“实验-理论”深度融合的研究范式，总结了各研究团队利用时间分辨光谱和含时密度泛函理论计算相结合的方法，力图从原子层面揭示金属纳米团簇的电子弛豫过程和能量转移机制，为理解其光物理行为提供新的视角。与以往研究不同，本工作特别关注分子振动特征和电子结构调控两个内在因素，将它们作为近红外发射的关键性要素展开讨论。研究团队系统地整合了时间分辨光谱（如飞秒/纳秒瞬态吸收光谱、时间分辨荧光光谱）与含时密度泛函理论计算，构建了一套协同研究框架。这一方法不仅能够实时追踪飞秒尺度的激发态弛豫和能量转移过程，还可从量子力学层面解析电子结构演变与能级跃迁行为，实现从宏观现象观测到微观机制阐释的重要跨越。研究表明，通过精确控制团簇的振动特性和离散的电子能级分布（如HOMO-LUMO能隙和自旋-轨道耦合强度），可以有效调控其激发态动力学和光学性质。文章进一步系统总结并提出了提升近红外发光量子产率的多种策略，包括通过配体刚性化抑制振动弛豫、金属掺杂调控电子能级、内核结构优化以及结构转化改性等，从而有效抑制非辐射衰变途径，实现近红外发光性能的显著增强。

在总结该领域的重要进展后，作者团队客观指出了该领域依然存在的困难和挑战。如纳米团簇的原子排列与表面配体构型具有灵活性，使得精确建立结构-性能关系仍较为复杂；超快过程中微观电子结构变化和能级跃迁的完整表征仍然困难；金、银团簇合成成本高，而铜团簇又面临稳定性差和量子产率低等现实问题。展望未来，研究团队提出，今后的纳米团簇发光研究应重点致力于开发新型功能配体、优化金属掺杂策略、发展精准结构调控方法，并重点推进低成本、高稳定性、高效发光的铜纳米团簇体系研制。

厦门大学物理科学与技术学院为论文第一单位，纳米光子学课题组2022级博士研究生刘泽宇为第一作者。厦门大学杨志林教授、华侨大学骆耿耿教授、山东大学孙頔教授为论文通讯作者。该研究获得了国家科技创新2030、国家重点研发计划、国家自然科学基金重大研究计划等项目的资助。

论文链接： https://doi.org/10.1039/D5CS00383K