纳米表面配位化学研究取得重要进展

发布日期:2015-04-02     浏览次数:次   

        beat365官方网站郑南峰教授课题组在纳米表面配位化学方面取得重要进展,相关结果以“An Intermetallic Au24Ag20Superatom Nanocluster Stabilized by Labile Ligands”为题,发表于J. Am. Chem. Soc.(2015, DOI: 10.1021/jacs.5b01232)。

        郑南峰课题组近年一直致力于纳米表界面化学方面的研究,利用系列配位小分子实现了对金属纳米晶体表界面结构的有效调控,并通过多学科交叉合作,深入研究了纳米颗粒表界面在催化、生物等应用中的作用机制。有机配体保护的金属纳米颗粒在自组装、生物标记、分子识别、电化学及催化等领域有广泛应用前景,对相关纳米颗粒表界面精细结构的表征往往是对其性能调控的基础与关键,但当前却缺乏有效的结构表征手段。以金属团簇为研究金属纳米颗粒表面配位化学的模型体系,郑南峰课题组通过引入不同种类有机配体合成了多个系列的金属纳米团簇,并借助X-射线单晶衍射技术解析了相关团簇的分子结构,取得了系列进展(NatureCommun.2013,4,2422;J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 9568;J. Am. Chem. Soc.2014, 136, 7197),所获取团簇表面配位结构为纳米颗粒的表面改性提供了很好的分子模型。

        当前,大量金属团簇方面的研究集中在硫醇等强配体保护金属团簇,表面有机配体难被脱除,限制了它们在催化、生物等领域的应用。配位能力较弱的配体是否可以被引入到同样的金属纳米团簇中?它们会采取什么样的配位方式?这些问题的回答对团簇功能化及其催化、生物等应用至关重要。郑南峰教授课题在原有硫醇保护金属纳米团簇工作的基础上引入苯乙炔,成功合成了由苯乙炔、硫醇和氯离子共同保护的Au24Ag20(PhC≡C)20(SPy)4Cl2双金属纳米团簇,并测得其单晶结构。团簇的金属内核Au12@Ag20具有高对称性开普勒结构。在团簇表面,除了有类似硫醇保护金纳米团簇中RS-Au-SR的PhC≡C-Au-C≡CPh表面单元外,还第一次得到了苯乙炔和硫醇共存的PhC≡C-Au-SPy表面订书针单位。氯离子的存在使团簇整体满足18电子的超原子理论。TPD-MS结合其它数据表明,团簇表面的苯乙炔基可以在较低的温度下(< 100 °c)选择性脱除,而金属内核不发生变化,使金属催化位点能得以裸露,为进一步的催化研究提供了很好基础。此外,通过配体交换的方法,亦可得到一系列相同金属内核、不同功能化的团簇。
       
        该研究是由beat365官方网站郑南峰教授课题组、中科院大连化学物理研究所唐紫超课题组和芬兰于韦斯屈莱大学HannuHäkkinen课题组共同合作完成的。该工作在郑南峰教授指导下,主要由博士生王羽完成,林水潮高工、博士后苏海峰、许潮发参与了部分表征工作。唐紫超课题组利用自行研制的原位程序升温脱附-质谱仪器对团簇表面配体的解离行为进行了深入研究。HannuHäkkinen课题组则通过理论计算分析了团簇的电子结构和吸收光谱。该研究得到国家自然科学基金委(项目批准号:21420102001, 21131005, 21390390, 21227001, 21333008)、科技部(项目批准号:2011CB932403)和芬兰科学院基金的资助。

        论文链接:http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.5b01232 

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