时隔4天，天津大学胡文平团队，再发Nature系列综述！

学术 2024-11-09 12:03 北京

受配体保护的金属纳米团簇（NCs）是代表金属材料分子状态的超小颗粒（<3 nm）。由于其类似分子的结构（尤其是原子精度和类似蛋白质的层次结构），金属纳米簇具有许多类似分子的有用特性，包括离散能级、强发光、固有磁性和可编程催化活性。

鉴于此，天津大学胡文平教授与新加坡国立大学谢建平教授合作，撰写了一篇以题为“Molecule-like synthesis of ligand-protected metal nanoclusters”的综述，发表在《Nature Reviews Materials》上。他们将金属 NC 视为有机分子的金属类似物，总结了在分子和原子水平上精确合成金属 NC 的方法和机理进展。首先根据类似蛋白质的分层方案解密了簇结构，并讨论了在这些簇中实现分子单分散性的合成策略。然后在分子水平上解析了金属 NC 的形成机制，旨在建立与有机分子全合成路线类似的分步反应图。紧接着，作者研究了在原子水平上定制金属内核、金属配体界面和配体外壳的组成和形态的方法。本综述最后展望了金属 NC 和其他无机纳米材料原子精密化学的未来发展。

4天前，2024年11月2日，天津大学胡文平教授课题组展示了一种成熟微萃取策略，能够以高选择性、简单且高效的方式从固体 KCl 盐中原位萃取 Rb。通过应用这一策略，作者从 KCl 盐中回收了 92.37% 的 Rb，初始 Rb 含量为 113ppm。与液相萃取相比，该方法能耗降低97.57%，回收率提高22.24%，Rb/K分离因子提高13.46倍，显着提高环境效益和经济效益。此外，该方法适用于直接从不同的固体金属盐中回收各种工业应用所需的其他目标金属，为提高关键金属供应的可持续性提供了途径。相关成果以“Direct and efficient in situ rubidium extraction from potassium chloride salts”为题发表在《Nature Sustainability》上，第一作者为陈许龙。

配体保护的金属纳米团簇(NC)的尺寸通常小于3nm，在单个金属原子和较大的金属纳米颗粒之间占据着独特的位置。这些团簇表现出类似分子的特性，例如离散电子能级、明亮的发光、固有磁性和催化选择性，所有这些都源于它们高度有序、精确的原子结构。它们的类分子行为通过“分子式”[Mn(L)m]q来表达，其中“n”表示金属原子，“m”表示配体数量，“q”表示净电荷。

金属NC表现出类似于生物分子的分层结构，由四个结构层次组成：一级结构：类似于蛋白质中的氨基酸，NC的一级结构由组成簇的特定金属原子和配体定义。金(Au)和银(Ag)原子通常用于稳定性，但铜(Cu)、铂(Pt)和钯(Pd)等其他金属也可行。配体，尤其是硫醇盐（金或银），在稳定NC和决定其识别化学方面发挥着关键作用。增加配体种类（例如膦、炔基、卡宾和卤化物）可以更好地控制NC稳定性和功能性。二级结构：二级结构的特点是核壳“分而保护”结构。金属原子聚集成一个被M-L基序包围的核心，类似于二级蛋白质结构，如α螺旋或β折叠。常见的核心形态包括二十面体（如Au25簇）、双二十面体（Au38簇）和三二十面体（Au36Ag2簇），它们表现出不同的对称性。基序本身根据配体类型而变化，形成线性、环状或复杂的三维结构。三级结构：该级别定义了M-L图案的特定空间排列。配体根据π-π堆积或范德华力等相互作用自行排列，影响NC的稳定性和自组装。例如，萘配体以四聚体形式堆积在一些NC的表面上，从而增强自组装成组织良好的结构。四级结构：四级结构涉及NC自组装，形成1D、2D或3D架构等有序阵列。这种自组装通常受共价或非共价相互作用控制，并能够形成NC超晶，这对于簇结构分析很有价值。值得注意的是，NC可以采用类似生物分子的组件，其结构类似于DNA螺旋，突显了它们在先进材料设计方面的潜力。

配体保护的金属纳米团簇代表了一种独特的类分子材料，它将原子精度与纳米级特性融为一体。通过分层结构和对尺寸、成分和形态的精细控制，NC在为不同应用定制性能方面提供了前所未有的灵活性。事实证明，分子化学的方法和见解对于逐个原子地构建NC很有帮助，为未来的创新奠定了基础。

NC研究的未来在于在合成和应用方面突破原子精度的界限。随着计算模型的兴起和结构表征工具（如高分辨率X射线晶体学和质谱分析）的进步，研究人员现在可以以前所未有的细节模拟和观察反应，从而能够更深入地了解结构与性能之间的关系。

随着NC研究的进展，可扩展合成技术的持续发展以及与功能系统的集成对于将这些复杂的纳米结构转化为实用技术至关重要。NC的类分子特性和组装可能会彻底改变医学、能源和材料科学领域的应用，凸显纳米技术中原子精度的变革潜力。

来源：高分子科学前沿。内容仅做学术分享之用，不代表小木虫观点，版权归原作者所有，若涉及侵权等行为，请联系我们删除，万分感谢！

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