团簇是介于原子/分子与宏观物质之间的多核聚集体，具有确定的原子组成和化学结构，代表了凝聚态物质的初生态，是关联宏观性质和物质微观结构的理想模型，对深刻认识和理解物质转化的规律具有重大意义。原子精确的金属团簇因其精确的结构和独特的性能而受到越来越多的关注。在金属纳米团簇中掺杂异原子使其合金化是调控团簇结构和性能的一种有效策略。目前的掺杂研究多集中在Au、Ag、Cu等同族元素间，但进行Cd元素的掺杂还缺乏系统性的研究，一些关键问题，譬如：决定Cd原子掺杂的影响因素是什么，如何精确控制团簇内Cd原子的掺杂位置和数量，以及如何实现不同AuCd双金属团簇之间的结构转换等问题仍未得到很好地解决。
近日，西北工业大学的黄维院士团队姚传好教授课题组基于结构明确的Au25团簇，成功实现不同AuCd双金属团簇的精准可控合成及可逆转化，并首次成功制备了具有手性的最小AuCd双金属簇合物Au4Cd4，很好的回答了上述提出的关键问题。
在这项研究中，科研人员通过对硫配体、前驱体的电荷态、掺杂剂量的巧妙控制，制备了多种AuCd双金属团簇。结果表明，配体的空间位阻和Au25的价态是决定最终产物的两大因素。例如，带负电荷的Au25-在Cd掺杂过程中容易形成Au19Cd3-，而以中性的Au250为前驱体时主要产物为Au24Cd0。另外，通过巧妙地操纵具有不同空间位阻的配体，可以轻易地实现Au19Cd3与Au24Cd之间的可逆转化。最重要的是，通过精确控制合成条件，以“核取代”的方式成功制备出了最小且手性的双金属簇合物Au4Cd4。该项目借助金-镉体系双金属团簇的合成与可逆转变，成功揭示了团簇合成中的普适性化学，不仅对开发新型金属纳米团簇合成方法具有极为重要的指导价值，而且对加深合金团簇合成机理的理解，以及推动功能金属团簇应用方面的探索具有重要的指导意义。
这一成果近期发表在Journal of the American Chemical Society 上，文章的第一作者是西北工业大学博士研究生向慧鑫和硕士研究生严浩。
上述工作得到了陕西省自然科学基金（2021JM-048）、宁波市自然科学基金项目（202003N4005）、中央高校基本科研业务费的支持。
Identifying the Real Chemistry of the Synthesis and Reversible Transformation of AuCd Bimetallic Clusters
Huixin Xiang, Hao Yan, Jiaohu Liu, Ranran Cheng, Cong-Qiao Xu*, Jun Li, Chuanhao Yao*
J. Am. Chem. Soc., 2022, DOI: 10.1021/jacs.2c05053
姚传好，西北工业大学教授。2016年获得中国科学院大学博士学位，2017年赴新加坡国立大学进行博士后研究工作，2019年回国就职于西北工业大学柔性电子研究院。
聚焦低维金属材料在光电，能源相关领域的应用，开展超细金属团簇材料的合成、表征、功能化与应用研究。揭示其性质随尺寸的演变规律。主要研究包括：（1）设计和合成原子精确可控的金属/合金团簇，研究其结构与本征特性之间的构效关系。（2）金属单原子/团簇作为催化剂在能源转化（水分解，CO2还原，固氮等）领域的应用。目前已在 Nature Communications，Journal of the American Chemical Society，Angewandte Chemie International Edition，Nano Letters，Small，Small Methods，Advanced Optical Materials 等国际著名学术期刊发表论文40余篇。
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