多种尺寸的钴纳米团簇的可控合成、结构与性能研究

Owing to some unique structures and properties, metal nanoclusters is becoming a hot topic in current nanoscience field. However, most attentions are paid to the nobel metal (such as gold, silver and platinum) nanoclusters, which limits the practical applications of metal nanoclusters. Thus it is urgent to extend the investigation to non-nobel metal nanoclusters. As a magnetic transition metal, cobalt has been widely used in daily life and industry community. However, the well-defined cobalt nanoclusters was not reported so far to our knowledge. Some intriguing questions naturally arise: How about the properties, compositions and structures of cobalt nanoclusters? What are the correlations of the structures (sizes) and properties of cobalt nanoclusters? To response to these questions, we are planning: (1) develop controlled synthesis methods of cobalt nanoclusters, obtain novel cobalt nanoclusters with various sizes, and then reveal the compositions and structures of them; (2) study the properties of as-prepared cobalt nanoclusters （mainly including the optical properties, magnetism,etc.）and investigate their applications potential; (3) insightfully understand the correlations of the structures (sizes) and properties of cobalt nanoclusters. It is expected that our efforts will not only reveal some essential scientific issues, but also have some important implications for practical applications of cobalt nanoclusters.

金属纳米团簇因具有不同于传统金属纳米粒子的结构和性能，从而成为当今纳米科技领域的一个研究热门领域。然而目前大多数研究都集中在贵金属纳米团簇上，如金、银、铂等，这也限制了纳米团簇的实际应用。为了深入研究纳米团簇，并拓展其在各领域的进一步应用，对非贵金属纳米团簇的研究提上日程。钴作为一种磁性过渡金属，已经被广泛应用在日常生活和工业生产中，但关于钴纳米团簇的研究尚无人报道。钴纳米团簇会有一些什么样的结构和性质？其性质和结构以及尺寸等有什么关联？为回答这样一些饶有兴趣的问题和拓展金属纳米团簇的研究，我们拟从以下几个方面开展工作：（1）发展钴团簇尺寸可控的合成方法，合成多个尺寸的钴团簇，并确定其组成结构；（2）探索钴纳米团簇的性质（主要是光学性质、磁性等），发掘其应用潜力；（3）了解钴纳米团簇的性质随组成结构和尺寸衍变的规律。这些工作的开展，不仅具有重要的科学意义，而且有一定的应用价值。

金属纳米团簇因具有不同于传统金属纳米粒子的结构和性能，从而成为当今纳米科学研究中的一个热门领域。然而目前大多数研究都集中在单一贵金属纳米团簇上。因此为了深入研究纳米团簇，并拓展其在各领域的进一步应用，对非贵金属纳米团簇以及合金纳米团簇的研究显得尤为重要。本项目重点研究多种尺寸的钴纳米团簇的可控合成、结构与性能研究，合金纳米团簇制备与性能研究，以及金属纳米团簇的结构解析与分离。在该项目的支持下，取得了一定的研究成果，主要有：1）发展出一种可控合成钴纳米团簇的方法，获得三种不同尺寸的钴纳米团簇，发现团簇的紫外-可见吸收光谱随着尺寸的变大发生红移，小尺寸的团簇具有顺磁性，而最大尺寸的团簇为铁磁性，这一转变的临界尺寸可能在2.3nm到2.6nm之间，为制备稳定存在的非贵金属纳米团簇以及研究其构效关系提供了指导。2）利用“反伽伐尼还原”反应，获得一种新型合金模式的金镉合金纳米团簇和一种金银汞三元合金纳米团簇，同时解析了其晶体结构，并研究了掺杂原子对纳米团簇性质的影响，发现不同原子的掺杂可以同时带来“抵消效应”和“协同效应”，为进一步合成多元合金纳米粒子和调控其物理化学性质提供了一定的帮助和指导。3）成功解析出困扰科学界多年的Au144(SR)60团簇的结构，并通过变温实验，揭示了金属具有优异热延展性的微观机理，也为后续高难度纳米团簇/纳米晶的单晶生长提供了启示。4）使用预制薄层层析色谱对纳米团簇的尺寸融合反应进行定量的分离和检测，并发现反应温度和催化剂对于最终反应产物有着关键的影响。上述研究结果扩展了金属纳米团簇的研究范围，对后续进行的纳米团簇结构与性能研究有着极大的参考价值和启发意义。在该项目资助下，已发表SCI论文4篇。项目投入经费20万，支出13.1881万，剩余经费6.8819万，计划用于本项目的后续研究支出。