【纳米】山西大学Adv Sci：电化学精准合成金团簇
时间：2025-03-28 12:47:00
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在材料科学领域，合成方法的创新是推动新材料发现的关键。金纳米团簇因其独特的光学、电学和催化性能，近年来备受关注。传统的合成方法通常依赖于化学还原剂（如NaBH₄），但这些方法往往难以精确控制反应过程。电化学合成作为一种新兴的合成策略，通过精确调控电势和电流，能够实现更高效、更可控的合成过程。然而，迄今为止，通过电化学方法合成原子级精确的金纳米团簇仍然是一个挑战。
近日，山西大学李欢、李亚伟、丁钰等人首次通过电化学方法成功合成了原子级精确的金纳米团簇[Au13(4-tBuPhC≡C)2(Dppe)5]Cl3NC (Au13)，并深入探讨了其合成机制和应用前景。这一进展为金属纳米团簇的制备提供了新思路。
本研究在单一电解池中通过恒定电势驱动反应，成功合成了Au13纳米团簇。这一过程避免了传统化学还原剂的使用，展示了电化学合成的高效性和可控性。
图1. 电化学合成Au13示意图
图2. Au13的晶体结构图以及相关表征
通过循环伏安法（CV）和X-射线晶体学分析，研究人员发现了一个关键的四核中间体Au4(Dppe)2Cl4，该中间体在反应过程中起到了决定性作用，帮助阐明了Au13的形成机制。
图3. 关键中间体捕获及其表征
研究发现，碱（如Et3N, 三乙胺）在反应中起到了抑制阴极氢析出反应的作用。
图4. 机理探究（紫外可见光谱、质谱、1H、线性伏安法、气相色谱法以及XRD）。
为了解决恒定电势下金离子过度还原和沉积的问题，采用了脉冲电势电解法，显著提高了反应速率和Au13的分离产率。充分体现了电化学合成的技术优势。
图5. 脉冲电压合成探究
为了验证该策略的普适性，研究人员还成功合成了四种不同配体保护的金纳米团簇，进一步证明了电化学合成方法的多样性和灵活性。
图6. 电化学合成团簇的适用范围
这项研究首次通过电化学方法合成了原子级精确的金纳米团簇，揭示了电化学合成在纳米材料制备中的巨大潜力。通过捕获关键中间体、优化反应条件以及引入脉冲电势技术，研究人员不仅提高了反应效率和产物产率，还为未来合成更多种类的金属纳米团簇提供了新的思路。
以上工作发表于Advanced Science，山西大学研究生董婧、崔晓琴、王雨欣以及山西大学李亚伟老师和丁钰老师，厦门大学苏海峰老师是本文共同作者；山西大学李欢老师为本文通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金项目的支持。
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