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Nano Res.│关于双金属Au₁₄₄−xAgx(PET)₆₀纳米团簇的单电子充电和超快动力学研究

作者：Nano Research 2022-08-12

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背景介绍

制备和合成原子级精确的金纳米团簇使研究人员能够在原子水平上研究前所未有的结构和理化性质。合金化是调节纳米团簇材料功能的重要策略之一。在金属纳米团簇中，引入异质金属通常导致合金纳米团簇在物理和化学特性方面优于同质金属。基于原子精确的金纳米团簇，特定数目的外来原子（例如 Ag、Cu、Pd 和 Pt）可以被纳入金核，并维持与同质金纳米团簇相同的金属原子总数。

小尺寸纳米团簇掺杂以及其在光学、催化和磁性方面的应用已有较多报道，但大尺寸（例如 n > 100 个原子）纳米团簇的掺杂却鲜有研究。在大尺寸巯基保护的纳米团簇中，Au₁₄₄是从非金属态（如Au₂₅) 到金属态(如 Au₂₇₉）的一个重要过渡尺寸。对于Au₁₄₄ 的研究由来已久，但是直到最近几年才实现突破。2018 年，Au₁₄₄(SR)₆₀ (SR = 硫醇基团)的精确分子结构被报道；同一时期，炔基保护的 Au₁₄₄(PA)₆₀（其中 PA = 苯基炔基）也被发现具有相似的结构。两个团簇都显示基本相同的三层内核结构，即Au₁₂@Au₄₂@Au₆₀（共114个原子），但其差异存在于表面保护配体的不同（硫醇基与炔基）。

成果简介

在这项工作中，Rongchao Jin课题组合成了一系列 M₁₄₄(PET)₆₀合金团簇（其中，M = Au/Ag，PET = –SCH₂CH₂Ph）并与佐治亚州立大学Gangli Wang课题组、迈阿密大学He Wang课题组及中科大Meng Zhou课题组开展了深入的合作研究。银掺杂到金模板（Au₁₄₄）中，导致在可见光范围内更突出的稳态吸收光谱。银掺杂被认为主要取代Au₁₂@Au₄₂@Au₆₀内核中的Au₆₀层，因此可见光范围内的稳态吸收光谱应该来自于银到团簇表面的电子跃迁，其中表面是指保护Au₁₁₄内核的30个[Au(SR)₂]结构单元。飞秒瞬态吸收光谱揭示了银掺杂对于M₁₄₄的电子弛豫动力学变化，以及与泵通量无关的动力学。电化学结果反映了由银掺杂引起的 HOMO-LUMO 带隙（E_g）变窄。在此合金团簇系列中观察到单电子充电的温度依赖性，即合金团簇的E_g值随着温度降低而增大,表现了典型的半导体材料特征。

作者简介

本文共同一作包括卡内基梅隆大学Rongchao Jin课题组的Xiangsha Du，佐治亚州立大学Gangli Wang课题组的Hedi Ma和迈阿密大学He Wang课题组的Xinwen Zhang。他们的通力合作使得本工作得以圆满完成。

文章信息

X. Du, H. Ma, X. Zhang, et al. Single-electron charging and ultrafast dynamics of bimetallic Au_144−xAg_x(PET)₆₀ nanoclusters. Nano Research. https://doi.org/10.1007/s12274-022-4445-9.