金属团簇由有限个金属原子组成，电子可以像原子中的电子一样形成壳层结构，因此常被称为“超原子”。壳层是否填满，会显著影响团簇的稳定性和反应性。但在实验上，如何快速、直观地区分开壳层和闭壳层电子态，一直是团簇科学中的关键问题。研究团队利用spark plasma方法产生金基团簇，并在含氧环境中同时提供原子氧和分子氧。实验发现，不同团簇对氧的”选择”并不随机：具有闭壳层特征的团簇更倾向于吸附分子氧，并基本保持原有电子结构；而具有开壳层特征的团簇更容易与单个氧原子发生作用，并伴随明显的电子和几何结构重组（左图）。由此，氧成为识别团簇电子态的“化学分类器”。研究团队以Au₇₊团簇为代表，比较了两种不同构型的电子结构（右图）。其中一种构型具有更稳定的闭壳层特征，分子氧可以温和吸附在其表面；另一种构型则表现出开壳层特征，更容易与原子氧结合，并发生电子轨道和几何结构的重新调整。该结果说明，氧的结合方式能够反映团簇内部的电子壳层状态。

进一步研究表明，这一氧响应分类方法不仅适用于纯金团簇，也可推广到Au-Ag、Au-Cu等合金团簇体系。相关结果说明，氧摄取行为能够作为一种实验可观察的信号，帮助识别复杂团簇体系中的电子态差异。本研究建立了以氧摄取行为识别团簇电子态的实验框架，将质谱反应性、离子迁移率结构表征和理论计算联系起来，为金基超原子团簇的电子态判别、异构体解析和氧化反应活性筛选提供了新的思路，也为团簇催化和团簇组装材料设计提供了潜在参考。

该论文的第一作者为上海科技大学物质科学与技术学院2023级博士生韩耀晨，上海科技大学为本论文第一完成单位，冯继成教授为通讯作者。该工作得到了内蒙古师范大学杜秋莹教授以及中国科学院青岛生物能源与过程研究所孙晓岩研究员的大力支持。