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南开大学孙忠明组Nat. Commun.:芳香性铅团簇的“点石成金“之路

贵金属团簇由于其独特的几何结构和光电性能以及在催化、生物医学等方面的广泛应用受到化学家们的关注。有机配体保护的金团簇研究进展迅速,已合成的团簇中包含几十甚至几百个金原子。但是纯无机配体保护的金团簇极其罕见,其配位机制以及成键作用规律尚不明确。因此,从配位化学、材料化学研究的角度来看,合成纯无机配体保护的金团簇对于理解主族金属与过渡金属之间的成键特性及规律具有重要的研究价值。

[Ag@Pb11]3-与[Au12Pb44]8-的结构


近日,南开大学材料学院稀土中心孙忠明教授(点击查看介绍)课题组利用金属键诱导的团簇自组装方法成功合成了一系列芳香性铅团簇稳定Aux核的全金属二元团簇,主要包括[Au8Pb33]6-和[Au12Pb44]8-并且在实验中分离得到[Au@Pb11]3-的同构化合物[Ag@Pb11]3-,是十四族中第一例鸟窝构型金属团簇。[Au8Pb33]6-和[Au12Pb44]8-团簇都含有[Au@Pb11]3-的结构单元,而且[Au@Pb11]3-与Aux核之间存在重要的次级相互作用,因此,可以看作由[Au@Pb11]3-分别与Au5和Au8核配位形成,呈现了一种全新的配位模式。

团簇生长机理


为了探究Au-Pb全金属二元团簇的形成机理,作者用电喷雾电离质谱对反应溶液进行测试,发现了反应过程中的重要中间体的[Au2Pb11]2-。结合实验上分离得到的团簇以及对其配位模式的分析,提出了可能的团簇生长机理。

[Au12Pb44]8-的电子结构


该课题组与牛津大学McGrady教授合作,利用密度泛函理论对[M@Pb11]3-和[Au@AuPb11]2- (M=Ag,Au)的电子结构以及[Au8Pb33]6-、[Au12Pb44]8-团簇内部的成键作用进行了分析。Aux核中的Au-Au作用对于Aux核的稳定性影响较小,主要是二元全金属团簇中的[Au@Pb11]3-结构单元与Aux核之间的亲金作用和Au•••Pb次级相互作用对于稳定Aux核有重要影响。


该工作已经在Nature Communications 上发表,硕士二年级研究生树聪聪为文章的第一作者。


原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

A family of lead clusters with precious metal cores

Cong-Cong Shu, Harry W. T. Morgan, Lei Qiao, John E. McGrady, Zhong-Ming Sun

Nat. Commun., 2020, 11, 3477, DOI: 10.1038/s41467-020-17187-4


导师介绍

孙忠明

https://www.x-mol.com/university/faculty/63445

https://mse.nankai.edu.cn/szm/list.htm

http://zhongmingsun.weebly.com


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