团队成功合成原子级精确的金属纳米团簇

研究小组成功合成了金属纳米团簇并确定了其晶体结构。他们的研究为理解和设计在原子水平上具有特定性质的纳米团簇提供了实验证据。金属纳米团簇在生物医学领域有着广泛的应用。

他们的研究成果于 2024 年 2 月 6 日发表在《Polyoxometalates》杂志上。

科学家们对配体保护的原子精确金属纳米团簇表现出了兴趣，因为它们具有明确的原子结构和特殊的物理和化学性质。这些性质包括发光、手性、电化学和催化等属性。由于这些特性，金属纳米团簇有望成为理想的模型催化剂。由于尺寸超小，这些纳米团簇表现出高催化活性，并且在许多催化反应中具有选择性。

配体保护的金属纳米团簇是超小的有机-无机纳米结构，在特定成分下表现出高稳定性。由于其可调特性，它们具有各种基于纳米技术的应用的潜力。

具有相似结构但由不同金属组成的金属纳米团簇为研究人员深入研究原子级金属协同作用提供了独特的机会。为了完全发挥这些金属纳米团簇在各种应用中的潜力，研究人员需要能够合成具有相似结构但金属成分不同的合金纳米团簇。这种合成使研究人员能够对影响纳米团簇性能的因素进行全面检查。尽管研究人员在制备具有相似结构的金属纳米团簇方面取得了重大进展，但这些纳米团簇的可用性有限。类似金属纳米团簇的合成是研究人员下一步重要的一步。

随着时间的推移，对这些合金纳米团簇的研究越来越受到研究人员的关注。通过前期的研究，研究人员对金属纳米团簇光学性质的起源有了初步的了解。借此，他们可以获得设计具有高光致发光量子产率的纳米团簇的理论指导。

研究小组对金银纳米团簇[Au 7 Ag 8 (SPh) 6 (( p -OMePh) 3 P) 8 ]NO 3 (Au 7 Ag 8 )进行了研究。他们合成了这种纳米团簇，分析了其晶体结构，并检查了其光学和电催化二氧化碳还原性能。该团队使用单晶X射线衍射、电喷雾电离质谱、X射线光电子能谱和热重分析来研究纳米团簇。他们的实验结果与理论计算相符。青岛科技大学材料科学与工程学院教授王树新表示：“我们的工作有助于更好地了解金属协同作用对原子水平上光学和催化性能的影响。”在中国。

为了进行比较，他们还合成了类似的金铜纳米团簇，[Au 13 Cu 2 (TBBT) 6 (( p -ClPh) 3 P) 8 ]SbF 6 (Au 13 Cu 2 )。他们比较了两种金属纳米团簇的光学和电催化二氧化碳还原性能。这两种金属纳米团簇都表现出相同的核心结构，即基本相同，但它们的金属成分不同。

当他们比较两个纳米团簇的光学和催化性能时，Au 7 Ag 8的光致发光量子产率明显大于 Au 13 Cu 2的光致发光量子产率。他们发现，与铜掺杂相比，银掺杂有效地将纳米团簇的光致发光量子产率提高了7倍。两种纳米团簇还表现出不同的催化性能。当他们检查电催化二氧化碳还原反应时，添加少量铜在增强一氧化碳生产的催化选择性的同时，也减少了电化学活性表面积。根据结构分析，该团队将优异的一氧化碳选择性归因于 Au 13 Cu 2纳米团簇中的铜掺杂。

在理想的电催化剂中，研究人员希望在选择性和保持最佳电化学活性表面积之间实现微妙的平衡。展望未来，该团队正在努力整合多种金属。“我们希望实现协同催化，以提高选择性和效率，”王说。

该研究团队包括来自中国青岛科技大学材料科学与工程学院的马龙、王嘉伟、王一飞、左阳、任永刚、马小双和王树新。

该工作得到了国家自然科学基金、山东省泰山学者基金、山东省优秀青年创新团队和青岛科技大学创业基金的资助。

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