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棒状金属纳米材料具有连续可调的光学性质,使其在生物传感、光热治疗、半导体和催化等领域具有广泛应用。其中棒状合金纳米材料由于合金效应等使其具有独特的物理化学特性而备受关注。然而,过去几十年对棒状纳米材料的调控主要集中于材料尺寸和形貌,这使原子水平建立明确构-效关系面临巨大挑战。金属纳米团簇原子精确的组成和结构,为解决这一挑战提供了可能。 金属团簇具有可靠的光稳定性、可调的光学特性、良好的生物相容性、易代谢等特点,使其在生物医药、成像和光热疗领域引起了广泛关注。因此,精准构筑棒状金属纳米团簇,无论是对于原子水平建立明确构-效关系,还是实际应用都具有重要价值。不同金属原子半径的差异,以及去合金化效应,使棒状合金纳米团簇,尤其是高核棒状合金纳米团簇(原子数大于100)精准合成面临巨大挑战。 为此,四川大学万贤楷研究员,以与金属具有配位多样性的苯乙炔(PhC≡CH)为保护配体,采用直接还原前驱体法,成功合成、分离并单晶测定了目前最大的纯炔保护的棒状三金属合金纳米团簇 [Au9Ag126-xCux(PhC≡C)68(BF4)]4+ (x=0~20) (1)。
图1. 团簇1分子结构和质谱。 团簇1具有棒状的核壳结构,优异的光热转化特性。用激光(660 nm,0.5 W/cm2)照射团簇1的N,N-二甲基甲酰胺溶液(12 μM),溶液在5分钟内温度升高51.5 ℃,光热转换效率(PCE)达到84.7% (目前报道的团簇PCE最高)。 图2. 团簇1光热转化性质研究。 通过比较相似直径不同长度的两个合金团簇研究了棒状结构以及掺杂对团簇光热转化的促进作用。利用超快瞬态吸收光谱(TA),研究团簇1激发态电子弛豫过程。结果表明,团簇1棒状结构产生的偶极电场促进激发态团簇的电子-声子耦合(τe-ph),从而表现出优异的光热转化性能。 图3. 团簇1光热生物应用。 团簇1在低浓度和低激光功率(0.57 μM, 660 nm, 1 W/cm2)条件下表现出良好光热杀死癌细胞特性,表明金属团簇在光热转化和光热生物治疗上具有巨大应用价值。该工作为优异光热转化材料理性设计与精准合成提供重要信息和新思路。 论文信息 All-Alkynyl Protected Rod-Shaped Au9(AgCu)126 Nanocluster with Remarkable Photothermal Conversion Nian-Ling Li Dr. Jianyu Wei, Xiao-Yun Ran, Dr. Jing Li, Dr. Li Shen, Dr. Fawang Zhang, Qi Dai, Prof. Dr. Wei Wang, Prof. Dr. Kun Li, Prof. Dr. Xian-Kai Wan Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202503036

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