综述:二十面体碳硼烷基金属纳米团簇:从迷人结构到多色性能与应用

【字体: 时间:2025年06月03日 来源:Coordination Chemistry Reviews 20.3

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  (编辑推荐)本综述系统阐述了二十面体碳硼烷(C2B10H12/[CB11H11]?)配体在金属纳米团簇(NCs)中的结构调控与功能强化作用,揭示了其通过三维芳香性、电子离域及B-H/C-H弱相互作用提升NCs稳定性的机制,并探讨了在非线性光学(NLO)、手性传感、硼中子俘获治疗(BNCT)、电催化(eCO2RR/eNO3RR)等领域的应用前景。

  

光学性能:非线性光学(NLO)与发光特性
金属纳米团簇(NCs)的量子尺寸效应和表面等离子体共振赋予其独特的光学响应。碳硼烷配体的三维芳香性显著增强非线性光学性能,例如含[Au25(C2B10H11S)18]?团簇表现出超高的双光子吸收截面(~104 GM),归因于碳硼烷-金属核间的电子离域效应。此外,碳硼烷的刚性骨架抑制非辐射跃迁,使NCs的荧光量子产率提升至80%以上。

手性依赖特性:偏振、对称性破缺增强与手性传感
碳硼烷配体的立体位阻可诱导金属核产生螺旋排列,构建超分子手性中心。此类NCs对圆偏振光(CPL)的差异吸收(Cotton效应)灵敏度达10?5 M,优于传统有机手性分子。在不对称催化中,碳硼烷-NCs对苯乙酮氢化的对映选择性超过90% ee。

高能材料:自燃双组元推进剂
碳硼烷的B-B/B-H键能(~400 kJ/mol)及笼状张力使其成为理想火箭燃料组分。含[Ag20(C2B10H9N3)12]的纳米复合物与硝酸羟胺接触时,点火延迟时间<2 ms,燃烧热达50 kJ/g,优于传统肼类燃料。

生物医学:硼中子俘获治疗(BNCT)与药物递送
碳硼烷-NCs的高硼含量(>1020 10B原子/cm3)和肿瘤靶向性使其成为BNCT理想载体。小鼠模型中,[Gd@C2B10H11-AuNCs]的肿瘤富集比达8:1,中子辐照后肿瘤体积缩小70%。

电催化性能:eCO2RR与eNO3RR
碳硼烷-NCs的电子缓冲效应稳定金属活性位点。在CO2还原中,[Cu12(CB11H11)6]将甲酸选择性提升至95%,过电位仅0.3 V。

结论与展望
尽管碳硼烷-NCs在稳定性与功能化方面取得突破,但其规模化合成与体内代谢机制仍需探索。未来研究可聚焦于多模态碳硼烷配体设计及原位表征技术开发,以深化“结构-性能-应用”关联认知。

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