解析金属纳米颗粒的全结构  架设分子与纳米颗粒间的桥梁

　　近日，化学化工学院郑南峰教授课题组在贵金属纳米颗粒的合成和结构表征方面取得重要进展，成功地利用X-射线解析了当前尺寸最大、拥有表面等离子体共振特性的金属纳米颗粒的全结构，相关结果以Plasmonic twinned silver nanoparticles with molecular precision为题，发表在《自然-通讯》（Nature Communications, 2016, 7, DOI: 10.1038/NCOMMS12809）。

　　金属纳米颗粒拥有与其尺寸、形貌、组成等密切相关的独特物理、化学、生物性质，在催化、光学、生物医药等领域备受关注。纳米颗粒的结构表征多依赖于电子显微镜等技术，如何在原子级别上获取金属纳米颗粒的内核及表面精细结构一直是纳米领域的重要挑战。近年，借助X-射线衍射技术，科学家成功解析出了一些小尺寸金属纳米颗粒的全分子结构，为大尺寸金属纳米颗粒的表面改性提供了重要的表面结构模型，但这些小尺寸金属纳米颗粒均不拥有表面等离子体共振效应(金属纳米材料所拥有的典型纳米效应)。在该项研究工作中，郑南峰带领的国际合作团队高产率合成出具分子均匀性、五重孪晶结构的银纳米颗粒，Ag136(2nm)和Ag374(3nm)，并通过X-射线衍射技术表征它们的分子全结构。作为当前通过X-射线单晶衍射表征出的最大尺寸金属纳米团簇，特别是Ag374已拥有大尺寸银纳米颗粒所展示的表面等离子体共振效应，相关结构的解析不仅实现了在原子水平上直接观察五重孪晶金属纳米颗粒的内部晶格应力，而且也为理解金属纳米颗粒如何从非金属态过渡到金属态、表面有机配体如何影响金属纳米颗粒的光学性能提供了重要结构模型。理论计算就发现了，表面有机配体上的电子很大程度地参与银纳米颗粒内部银原子自由电子的集体振荡，进而影响颗粒的整体光学性质，这意味着完全有可能利用光诱导纳米颗粒表面配体的化学反应。

　　该研究工作在郑南峰教授的带领下、由国内外多个课题组共同努力完成。郑南峰课题组主要负责合成、结构表征和性能测试；唐紫超课题组负责原位程序升温-质谱的测试；四海资讯红足建筑与土木工程学院王东东课题组负责纳米颗粒结构内部的理论受力分析；芬兰于韦斯屈莱大学HannuHäkkinen课题组负责电子结构及吸收光谱的理论计算；澳大利亚核能科学与技术组织Alison J. Edwards博士和德国杜塞尔多夫大学BirgerDittrich教授参与单晶结构解析的指导；中科院物理研究所谷林研究员负责球差校正高分辨透射电子显微研究。该工作的共同第一作者为杨华艳博士（能源材料化学协同创新中心博士后）和王羽（博士生）。研究工作得到了科技部、国家自然科学基金委、芬兰科学院和德国科学基金的资助。

　　（化学化工学院）