第一作者:閆楠
通訊作者:伍志鯤
通訊單位:中國科學(xué)院固體物理研究所
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研究內(nèi)容:
配體交換反應(yīng)因其在定制金屬納米粒子的性質(zhì)和應(yīng)用方面的實(shí)用性而引起了廣泛的興趣,但由于金屬納米粒子在原子水平上的不明確性,這些技術(shù)還沒有得到很好的理解。新興的超小金屬納米粒子(金屬納米團(tuán)簇)為研究這一具有挑戰(zhàn)性的問題提供了極好的機(jī)會(huì)。結(jié)果表明,在與HSCH2Ph-tBu反應(yīng)后,結(jié)構(gòu)相似的Au25(SC2H4Ph)18、Au24Cd(SC2H4Ph)18和Au24Hg(SC2H4Ph)18分別轉(zhuǎn)化為Au24(SCH2Ph-tBu)20、Au24Cd(SCH2Ph-tBu)18和≈5nm金納米顆粒。基于這一點(diǎn)和其他一些事實(shí),表明內(nèi)在穩(wěn)定性是決定配體交換方向的一個(gè)關(guān)鍵因素,無論是單純的配體交換還是進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換(包括聚集)。單晶x射線晶體學(xué)進(jìn)一步揭示了配體交換后部分表面配體結(jié)構(gòu)的逆轉(zhuǎn),為單分子親核取代(SN1)類機(jī)制提供了結(jié)構(gòu)證據(jù)。
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要點(diǎn)一:
我們首先揭示了配體交換后,Au25(SC2H4Ph)18、Au24Cd(SC2H4Ph)18和Au24Hg(SC2H4Ph)18分別轉(zhuǎn)化為Au24(SCH2Ph-tBu)20、Au24Cd(SCH2Ph-tBu)18和≈5nm金納米顆粒。其中,Au24Cd(SCH2Ph-tBu)18是一種新型的納米團(tuán)簇,其結(jié)構(gòu)可通過單晶x射線晶體學(xué)進(jìn)行解析。基于這些轉(zhuǎn)變和其他一些事實(shí),我們認(rèn)為穩(wěn)定性是決定配體交換反應(yīng)方向的一個(gè)因素(無論是僅僅是配體交換還是發(fā)生進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變)。
要點(diǎn)二:
SCXC進(jìn)一步揭示了與Au24Cd(SC2H4Ph)18相比,Au24Cd(SCH2Ph-tBu)18上的配體的部分構(gòu)型反轉(zhuǎn),首次為類SN1配體交換機(jī)制提供了詳細(xì)的結(jié)構(gòu)證據(jù)。
要點(diǎn)三:
圖1:a) Au25(SC2H4Ph)18–、c) Au24Cd(SC2H4Ph)18、e) Au24Hg(SC2H4Ph)18的UV–vis/NIR的吸收譜,(插圖為已解的晶體結(jié)構(gòu);Au、黃色、Cd、藍(lán)色、汞、紅色、S、綠色;為了清晰,省略了C和H原子)。以及在與HSCH2Ph-tBu反應(yīng)過程中獲得的隨時(shí)間變化的UV-vis/NIR光譜b) Au25(SC2H4Ph)18–、d) Au24Cd(SC2H4Ph)18、f) Au24Hg(SC2H4Ph)18。
圖2:a)UV-vis/NIR吸收光譜(插圖為照片)。b)ESI-MS譜(插圖為模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較)。c)得到了Au24(SCH2Ph-tBu)20的晶體結(jié)構(gòu)。Au,黃色;S,綠色;為了清晰起見,省略了C和H原子。
圖3:Au24Cd(SCH2Ph-tBu)18的a)UV-vis/NIR吸收光譜(插圖為照片)、b)ESI-MS譜(插圖是模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較)。Au24Cd(SCH2Ph-tBu)17(SC2H4Ph)1的c)UV-vis/NIR吸收光譜(插圖為照片)、d)ESI-MS譜(插圖是模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較)。
圖4:離心清液的a)UV-vis/NIR吸收光譜(插圖為照片)、b) MALDI-TOF-MS光譜Au24Hg(SC2H4Ph)18與HSCH2Ph-tBu反應(yīng)過程中形成沉淀的c)UV-vis/NIR吸收光譜、d)TEM圖像、e)高分辨率TEM圖像。f)Au24Hg(SC2H4Ph)18與HSCH2Ph-tBu在80°C反應(yīng)后的時(shí)間依賴性MALDI-TOF-MS光譜。為了清晰起見,SC2H4Ph和SCH2Ph-tBu分別縮寫為SR1和SR2。
參考文獻(xiàn):
Nan Yan, Nan Xia, and Zhikun Wu.?Metal Nanoparticles Confronted with Foreign Ligands: Mere?Ligand Exchange or Further Structural Transformation??Small 2021, 17, 2000609