Nanocluster sind Ansammlungen von typischerweise 2 bis einigen hundert Atomen oder Molekülen mit charakteristischen Abmessungen im Bereich unter etwa 2–3 nm. Sie nehmen damit eine Zwischenstellung zwischen einzelnen Atomen bzw. Molekülen und größeren Nanopartikeln ein. Aufgrund ihrer geringen Größe zeigen Nanocluster ausgeprägte Quanteneffekte, sodass ihre elektronischen, optischen und chemischen Eigenschaften nicht mehr durch Bulk- oder klassische Kontinuumsmodelle beschreibbar sind.

Strukturell besitzen Nanocluster oft diskrete, gut definierte atomare Anordnungen (z.B. icosaedrische oder decahedrische Motive). Bei metallischen Clustern, wie Goldnanoclustern, führt die begrenzte Anzahl von Atomen zu quantisierten Energieniveaus („superatomare“ Elektronenstruktur), was zu scharfen optischen Übergängen, ungewöhnlicher Magnetisierung oder geänderter Reaktivität führt. Schon das Hinzufügen oder Entfernen weniger Atome kann Stabilität und Funktion signifikant verändern.

In der Synthese werden Nanocluster häufig durch nasschemische Verfahren, Gasphasen-Clusterquellen oder auf Oberflächen durch Selbstorganisation erzeugt. Ligandenstabilisierte Metallnanocluster (z.B. thiolstabilisierte Au_n-Cluster) erlauben eine präzise Kontrolle über Clustergröße und -zusammensetzung auf atomarer Ebene.

Anwendungen von Nanoclustern umfassen heterogene Katalyse, Photokatalyse, Sensorik, Optoelektronik und bioanalytische Markersysteme. Für das werkstoffwissenschaftliche Design ist insbesondere relevant, wie Nanocluster als aktive Zentren auf Trägermaterialien wirken, wie sie aggregieren oder sintern und wie ihre Eigenschaften durch Legierung, Ladungszustand und Ligandenumgebung gezielt eingestellt werden können.