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《德国应用化学》报道我校在金属纳米团簇领域最新研究成果

  2024-01-06 10:29:49  

近日,国际化学顶级期刊《德国应用化学》(Angew Chemie International Edition)以“Cocrystallization-driven Formation of fcc-based Ag110 Nanocluster with Chinese Triple Luban Lock Shape”为题,报道了我校张献明教授团队联合德国弗莱堡大学Michael Walter博士在金属纳米团簇领域的最新研究成果。张献明教授和Michael Walter博士为通讯作者,曲梅副教授为论文的第一作者,我校为第一完成单位。该研究得到了国家自然科学基金、山西省1331工程项目经费的支持。

发展具有特殊结构与独特性能的新型团簇,对在原子水平上深刻认识和理解团簇形成机理、演变规律、稳定化机制及物质转化的规律具有重要意义。从化学合成的角度来看,如果在分子水平上构建具有鲁班锁构型的化合物,其结构也可能表现出类似于鲁班锁的高对称性和结构稳定性,可用于催化及其它领域。

对于银团簇,金属核通常由四面体、八面体、十面体、十二面体和二十面体等构成。理论上,如果采用多个次级建筑单元的有效组合来构造高核银团簇,可以实现更复杂的经典结构模拟和探索,例如鲁班锁结构。以最简单的好汉锁为例,其结构非常接近块状金属和团簇中典型的面心立方(fcc)结构。

该研究报道了两个共晶型结构相关的原子精确面心立方(fcc)基银纳米团簇Ag110(SPhF)48(PPh3)12的(Ag110)和Ag146-S)(SPhF)12(PPh3)8(Ag14)。值得注意的是,Ag110团簇是第一个在分子水平上模拟复杂鲁班锁结构的化合物。同时,Ag110是目前报道的最大的fcc基银纳米团簇,迄今为止,还没有超过100个银原子的fcc银纳米团簇的先例。在Ag110簇中,Ag原子排列成高度对称的球形核壳结构,组成内核的110个金属原子可分为三类:Ag62、Ag36和Ag12。最内层的62个Ag原子(蓝色)由三部分组成,包括两个Ag29和一个Ag28单元。Ag62的结构与经典的三重鲁班锁—好汉锁的结构有着惊人的相似性。Ag62还直接参与fcc结构的构建,以典型的理想fcc Ag14和有缺陷的Ag13作为基本构筑块。DFT计算表明Ag110是一个具有1S21P61D102S21F142P61G18电子闭壳层的58电子超原子。Ag110?Ag14可以在4分钟内快速催化4-硝基苯酚的还原。

此外,本研究发现,当金属内核数量超