炔保护金纳米团簇的结构与性能研究

Gold nanoclusters as functional molecular materials have been attracting great interest, which have experienced significant advance. In contrast to the extensively studied thiolate-protected gold nanoclusters, alkynyl-protected gold nanoclusters are just beginning to gain traction. The understanding of gold-alkynyl interfacial bonding would be of great fundamental importance to elucidate the formation process of gold nanoclusters as well as the properties displayed by them. This project will focus on synthesizing alkynyl-protected gold nanoclusters with well-defined composition and structures by using “direct reduction” synthetic protocol. Efforts will be made in investigating chirality, catalysis and photophysical properties of these clusters. Moreover, the structure-property relationships associated with the nanoclusters will be studied.

金纳米团簇作为一类特殊的分子材料吸引了人们的研究兴趣，近年来发展很快。与已经得到了广泛的研究的硫醇配体保护的金纳米团簇相比，炔保护的金纳米团簇还处于起步阶段。本项目将以我们发展的“直接还原法”为基础，从配体设计、结构表征开始，合成具有明确组成和结构的炔保护金纳米团簇，开展发光、手性、催化等方面的性能研究，揭示团簇分子体系的构效关系，并提升对金-炔界面的认识。在新颖团簇体系的构筑和团簇体系功能开发的同时，着力推进团簇化学与材料、生物等领域的交叉，推动团簇科学的发展。

金属纳米团簇作为一类结构明确的功能体系受到越来越多的关注。配体对团簇的结构和性能有重要的影响，但是前期比较单一的集中于硫醇配体的研究，不利于开展配体效应的研究。本项目围绕炔配体保护的金纳米团簇的合成、结构与性能开展了系统性的研究。通过发展直接还原法、团簇转化法、卤离子促进法、色谱分离法等合成方法学，合成了一系列金、合金（金/银和金/铜）纳米团簇等团簇, 实现了炔保护金纳米团簇的可控合成；通过与同构的硫醇配体保护的金纳米团簇的比较研究，阐明了团簇中配体效应对电子结构、发光性能和催化性能的影响。提出了“表面几何错配”的策略来实现原子级精确的金纳米团簇上开放金属位点的预组织，从而提升催化性能。发现了目前尺寸最小的具有金属性的金纳米团簇，它不仅团表现出能级分立的分子特性，而且具有金属性电子动力学行为。通过研究拓宽了我们对金炔界面的认识，有助于揭示团簇的形成过程和提升团簇的性能。项目发表学术论文39篇，其中大多数发表在较有影响力的国际学术期刊上，包括Acc. Chem. Res. 1 篇、Coord. Chem. Soc. 2 篇、Sci. Adv. 1篇、J. Am. Chem. Soc. 6篇、Angew. Chem. Int. Ed. 15篇、Nat. Commun. 2 篇。此外，获得国家发明专利授权4项。通过研究配体对团簇结构和功能的影响，对开拓新颖团簇体系的构建和实现团簇的实际应用发挥了重要的促进作用，推动了团簇化学的发展。