我国学者在金属团簇二十面体结构演化研究方面取得进展

　　

图  Ag₂₁₃（左）和Ag₄₂₉（右）纳米团簇多层嵌套二十面体结构解析

　　在国家自然科学基金项目（批准号：92361301）等资助下，清华大学王泉明课题组与湖北文理学院梁桂杰课题组合作，在金属团簇二十面体结构演化研究方面取得进展，近期，他们报道了两例超大尺寸银二十面体团簇的合成、结构以及对金属纳米粒子生长的启示。研究成果以“基于原子精确银纳米团簇的二十面体结构演化机制解析（Deciphering icosahedra structural evolution with atomically precise silver nanoclusters）”为题，于2025年8月28日发表在《科学》（Science）杂志。论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adx6639。

　　金属纳米粒子的形貌与特性密切相关，因此实现颗粒形状的控制至关重要。理解纳米颗粒的演化路径是实现形状控制和性能调控的关键。纳米颗粒的合成通常包含成核、晶种形成及纳米晶生长三个阶段。虽然成核机制已得到广泛研究，且通过电子显微镜揭示了从晶种到纳米晶的演化过程，但由于初始成核物种尺寸极小，观测从核到晶种的生长过程极具挑战。此外，因为存在许多竞争路径，控制多重孪晶金属纳米粒子的生长非常困难。

　　 二十面体结构常见于贵金属纳米颗粒，其晶面、顶角与棱边共同赋予该结构独特的电子、光学及催化特性。上述团队通过配体工程与动力学调控，成功合成了两例超大银二十面体纳米团簇：[Ag₂₁₃(C≡CR1)₉₆]^5?与[Ag₄₂₉Cl₂₄(C≡CR2)₁₅₀]^5?（简称Ag₂₁₃与Ag₄₂₉，其中R1 = 3,4,5-F₃C₆H₂，R2 = 4-CF₃C₆H₄）。单晶X射线衍射分析表明，Ag₂₁₃和Ag₄₂₉分别具有多层二十面体核结构Ag₁₄₁(Ag₁₃@Ag₄₂@Ag₈₆)和Ag₂₉₇(Ag₁₃@Ag₄₂@Ag₉₂@Ag₁₅₀)。值得注意的是，Ag₄₂₉拥有260个价电子，是已知的最大含零价银的纳米团簇。等离激元吸收特性和泵浦功率依赖的激发态动力学行为，证实这两种巨型银纳米团簇具有金属特性。其原子级精确结构为银二十面体从晶核到晶种的逐层演化机制提供了有力证据。