Angew：首次实现！团簇竟然也可以这样表征！
纳米人
2022-09-14
金属纳米团簇是一种新兴的合成材料，具有独特的光学、电化学和催化性质。团簇的研究揭示了不同类型的金属有机配位结构，并能在原子水平上研究表面等离子体共振现象。因此了解团簇的结构-性能关系对其在各个领域的潜在应用非常重要。由于金属纳米团簇超小尺寸和原子级精确的特点，其结构往往只能通过X射线单晶衍射确定，而其确切的化学成分则由质谱得到。目前为止，尽管许多团簇的晶体结构已经被解析，但以上两种技术存在明显的局限性。比如，由于一些团簇的稳定性和配体层的柔性，获得高质量的单晶往往非常困难。与此同时，质谱分析中样品的电离也充满挑战，尤其是是对于较大的团簇，常常会产生碎片，难以得到分子离子峰。近日，南方科技大学罗智教授，深圳大学杨华艳教授等团队合作，首次通过小角中子散射技术（SANS）来量化了一系列银和金纳米团簇在溶液中的关键结构性质信息。该项工作系统性的分析了一系列银和金纳米团簇，包括Ag16, Ag38, Ag44, Ag63, Ag136, Ag374以及Au38, Au104, Au144的小角中子散射数据。通过拟合计算出的尺寸和几何参数都与晶体学结果一致。有趣的是，对于一些携带电荷的金属纳米团簇，如Ag44，小角中子散射能够得到其在溶液中抗衡离子的结构信息。此外，当SANS与小角X射线散射（SAXS）相结合时，可以实现对纳米团簇的金属内核和配体外壳相对分子质量的直接测量。以金纳米团簇为例，其相对分子质量计算结果误差均在10%以内。这项工作为纳米团簇提供了一种新的表征工具，可以直接测试团簇材料的溶液结构，而不需要经过结晶或气相电离。与传统X射线晶体学等固相分析不同，SANS可以捕捉到溶液中抗衡离子层的存在。对于无法解析单晶结构的团簇，或者当相对分子质量难以通过质谱来确定时，SANS提供了一种可靠的表征方法。由于可以直接用于溶液态结构的分析，SANS在团簇复杂体系及工况下的表征方面拥有巨大的前景。Xindi Liu et al. Quantifying the Solution Structure of Metal Nanoclusters Using Small-Angle Neutron Scattering. Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202209751.https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202209751
