M13单元构筑的簇合物的结构和性能研究

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原子精确的金属纳米团簇因其超小的尺寸和可控的结构,而具有与宏观物质不同的性质,逐渐成为近几年的研究热点。因为尺寸超小,所以与等离子激元金属纳米粒子的连续能带性质不同,而是显示出分子的特性。尤其是那些尺寸大小接近但核(或表面)结构不同的纳米团簇提供了独特的机会,让研究者们可以在不受尺寸影响的情况下探究核和表面结构之间的关系。对纳米团簇结构的研究发现,可以把团簇看成是由不同结构单元(如Au4、Au11、M13单元等),通过外围配体进行调控或者组装等方式重新构建成更为复杂的结构。本文在前人研究的基础上,选择不同链长的双膦配体和环己硫醇这两种配体共同保护分别合成Au8Ag57和Au1Ag24合金纳米团簇,并用苯乙炔配体诱导Au8Ag57转化成为Au8Ag55。此外,还发现在Au4Cu4和Au4Cu5之间存在可逆转化。具体的研究内容如下:1、利用1,3-双(二苯基膦)丙烷(Dppp)和环己硫醇(C6H12S)共同保护合成了全新的团簇—[Au8Ag57(Dppp)4(C6H11S)32Cl2]Cl(Au8Ag57),而后通过加入苯乙炔会使Au8Ag57纳米团簇结构有些微重组,其中的两个氯原子可以分别把母体的一个银原子剥离,而空出的位置由硫醇配体填补,最终生成全新的[Au8Ag55(Dppp)4(C6H11S)34](BPh4)2结构。通过X-射线单晶衍射(SC-XRD)、电喷雾质谱(ESI-MS)、核磁共振(NMR)、X-射线光电子能谱(XPS)等测试手段共同证明了两个团簇的组成和结构。其中Au8Ag57的核可以看成是八个完整的二十面体Au3Ag10单元互穿组装形成的Au8Ag41三维金属核,而Au8Ag55由四个完整的Au@Ag10Au2单元和四个不完整的Au@Ag9Au2单元进行组装形成Au8Ag39的金属核。本章的研究内容有望进一步促进对调控M13单元组装的研究,并对配体交换对团簇结构的影响提供新的方向。2、利用“一锅法”合成由1,1-双(二苯基膦)甲烷(Dppm)配体和环己硫醇保护的新的富银合金纳米团簇—[Au1Ag24(Dppm)3(SR)17]2+。用X射线单晶衍射、热重分析(TGA)、电喷雾离子化质谱等测试进行表征。与Osman M.Bakr组报道的具有闭合Au1Ag12二十面体的[Au1Ag24(2,4-DMBT)18]-团簇的结构不同的是,本文合成的Au1Ag24包含一个开端的Au1Ag12二十面体核,自由电子数是六个,而且热稳定性较好。通过DFT理论计算也证实了[Au1Ag24(Dppm)3(SR)17]2+具有优异的抗氧化性能。这篇工作用实验和理论相结合探究了结构对团簇性质的影响,为后续的研究提供新的方向。3、采用一锅法合成[Au4Cu4(SAdm)5(Dppm)2]Br(Au4Cu4)金铜合金纳米团簇,加入环己硫醇配体Au4Cu4会转化成一个全新的团簇[Au4Cu5(C6H11S)6(Dppm)2](BPh4)(Au4Cu5)。同时还发现反过来用金刚烷硫醇刻蚀Au4Cu5团簇,同样可以生成Au4Cu4,伴随着Cu4(SAdm)5转化为Cu5(C6H11S)6,也就是说两个团簇间可以实现可逆的转化过程,而且两个变化过程都可以用紫外可见光谱和电喷雾质谱跟踪监测。Au4Cu4和Au4Cu5在液态和固态下都会产生光致发光现象。这个工作用配体工程在Au4Cu5和Au4Cu4间实现可逆的转化,为后续研究Cu-S motif的转化提供了有价值的参考。
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