在貴金屬奈米材料的研究中，金屬奈米團簇（nanoclusters，NCs）因其獨特的結構和性質，在催化、光電化學和能量轉換等領域受到了廣泛關注。這類材料的尺寸通常小於3奈米，能展現出強烈的量子侷限效應（quantum confinement effect）。在金（Au）和銀（Ag）的奈米團簇研究上，科學家已積累了相當豐富的成果，例如Au₂₅(SCH₂CH₂Ph)₁₈⁻和Ag₄₄(p-MBA)₃₀⁴⁻等超原子（superatom）結構都已被深入研究，並以「超原子理論」成功解釋其穩定性。該理論說的是，當奈米團簇的電子組態形成閉殼層（closed-shell）時，這個結構就會特別穩定。然而，銅（Cu）的奈米團簇研究卻遠遠落後於金和銀，原因在於銅極容易被氧化。銅的Cu(I)/Cu(0)還原電位（0.52 V）遠低於銀（0.80 V）和金（1.69 V），導致含有零價銅（Cu(0)）的奈米團簇在空氣中極不穩定，就連目前最穩定的含Cu(0)奈米團簇，也只能在溶液中維持數天。這種穩定性不足的問題，嚴重限制了銅奈米團簇的實際應用。另一方面，在二氧化碳（CO₂）還原的研究中，科學家發現Cu(I)/Cu(0)界面有助於促進碳碳偶聯（C−C coupling），進而生成高附加價值的多碳（C₂₊）產物，例如乙烯（C₂H₄）。因此，合成一種高穩定性、含Cu(0)的銅奈米團簇，成為了科學界的重要研究目標之一。

近日，中國清華大學的研究團隊，成功合成出首個六電子超原子銅奈米團簇，命名為Cu₄₅（首個超穩定銅超原子，ultrastable copper superatom），其完整化學式為[Cu₄₅H₆(C≡CR)₁₈(OAc)₁₅]（R = C₆H₃-3,5-(CF₃)₂）。單晶X射線繞射分析顯示，Cu₄₅的核心是由一個雙頂帽十二面體（bicapped icosahedron）的Cu₁₅所構成，外層再對稱排列著以醋酸根配位的Cu₂單元，整體呈現D₃對稱性。含時密度泛函理論（TD-DFT）計算進一步確認，Cu₄₅具有1S²1P⁴的超原子電子組態，HOMO-LUMO能隙高達1.46 eV，比其他已知的含Cu(0)奈米團簇大上許多，這是Cu₄₅超穩定的根本原因。穩定性測試顯示，Cu₄₅的二氯甲烷溶液在室溫下可穩定存放超過28天；在95°C甲苯溶液中加熱超過12小時仍保持完整；晶體樣品對沸水、30 wt% H₂O₂、0.1 M NaBH₄、1 M HCl和20 M KOH等苛刻條件也均能穩定存在。Cu₄₅，是迄今最穩定的含Cu(0)奈米團簇。憑藉這種超高穩定性，研究團隊進一步將Cu₄₅應用於電催化CO₂還原反應。在1 M KOH電解液的流動電池中，Cu₄₅表現出卓越的催化性能，在−1.6 V（相對於RHE）下，C₂₊產物的最高法拉第效率達81.8%，其中乙烯（C₂H₄）的選擇性為58%，超越了目前所有已知的銅奈米團簇催化劑。