综述：超小金纳米粒子的理性设计与应用

《Topics in Current Chemistry》：Rational Design and Applications of Ultrasmall Gold Nanoparticles

本文系统综述了超小金纳米颗粒（2-5nm）与金纳米簇（<2nm）的合成方法、应用及计算研究。两者在化学物理性质、稳定性及合成挑战上存在显著差异，其水分散特性对医疗和环保应用至关重要，计算研究揭示了尺寸调控对电子跃迁的影响。

　　

摘要

控制金纳米粒子（AuNPs）的尺寸在诊断、生物分子传感、靶向治疗、废水处理、催化和传感应用中至关重要。超小金纳米粒子（uAuNPs）的尺寸范围为2至5纳米，而金纳米团簇（AuNCs）的尺寸小于2纳米，在文献中这两种粒子常常被混为一谈，因此难以分别进行讨论。尽管我们在讨论中将它们归为一类，但它们的化学和物理性质存在显著差异，部分原因在于它们的电子特性。uAuNPs和AuNCs独特的光电性质在金金属及更大尺寸的纳米粒子中通常不会出现。由于小尺寸的金纳米粒子容易聚集，因此已经开发出多种方法来防止其形成更大的颗粒，例如在多孔材料中抑制成核现象。使用合成方法控制颗粒尺寸具有挑战性，而且uAuNPs和AuNCs可以在同一制备过程中同时生成，这就需要后续的分离和额外的实验操作。与uAuNPs不同，AuNCs可以通过常见的软配体（如膦和硫醇盐）进行稳定，而uAuNPs则可以使用多种配体进行稳定。本综述围绕uAuNPs的合成、医学应用、环境应用以及计算研究等核心内容展开。在探讨金纳米粒子在医疗领域的广泛应用时，关注当前市场的增长态势和潜在的市场限制仍然具有重要意义。大部分合成过程涉及在水溶液中制备uAuNPs和AuNCs。这项工作的明显优势在于我们重点关注医学和环境应用，这些应用通常需要水溶性纳米粒子。计算研究解释了结构动态以及精确调控uAuNPs尺寸以赋予其独特性质的重要性。与金原子数量相关的HOMO–LUMO能隙的调控对其在各种应用中的性能有显著影响。