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学术进展

佟振合院士团队孙頔课题组在PNAS刊发Goldberg多面体银笼组装新进展

dangwei    Nov. 22, 2017, 1:51 p.m.

           

高核银簇具有极其丰富的结构和优良的光电性质,长期挑战着化学家的合成极限。自从2008年世界上最大的Ag490诞生以来,高核银簇的研究进入白热化,并且逐渐分化成两个重要的分支:(1)全部由一价银构筑的银簇,典型代表即Fenske报道的Ag490;(2)由部分零价银和一价银组成的纳米银簇,典型代表即郑南峰课题组报道的Ag374。高核银簇的组装及其单晶结构的测试和解析对化学家而言一直是个巨大挑战。

 

近日,我院孙頔课题组选择甲基磺酸银和异丙基硫银前体在甲醇中,通过溶剂热法自组装得到一个具有富勒烯拓扑结构的180核纳米银笼,该笼子是一个180顶的多面体结构,其中包含了60个三角形,90个四边形,12个五边形和20个六边形,多边形的组合符合经典的几何学欧拉定律。该Ag180笼子可以看做经典Ih-C60分子的每个碳原子被一个等边银三角形替代之后形成。基于上述独特的几何多面体特征,孙頔课题组与美国加利福尼亚大学洛杉矶分校的Stan Schein合作发现其属于罕见的Goldberg多面体。该多面体之前仅在生物体中发现,而人工合成具有该多面体特征的分子尚属首例。该化合物溶于甲醇之后,在质谱中发现不仅180个银原子组成的银笼可以保持完整,而且还发现了[{Ag3}10)]的物种,我们又利用高分辨质谱来研究反应母液的物种情况,发现在母液中存在{Ag3}11+三角形以及{Ag3}21+,{Ag3}42+, {Ag3}52+,{Ag3}62+, {Ag3}72+,{Ag3}82+, [{Ag3}10-δ)]2+,[{Ag3}60-a]6+, [{Ag3}60-β]5+,and [{Ag3}60-γ]4+Ag3倍数的物种,说明Ag180是沿着{Ag3}结构单元生长成的笼状结构,进而获得了Ag180的组装机理,即银三角组装路线更为有趣的是,该纳米笼还呈现了热致荧光变色性质,室温下为近红外发光(723 nm),随着温度的降低,最大发射峰呈现30nm的蓝移而且在低温范围内,最大发射波长和温度呈现很好的线性关系,因此可以作为低温分子荧光温度计材料。

这一成果以直接投稿方式发表在Proc. Natl Acad Sci USA114 (2017) 12132-12137www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1711972114第一作者为山东大学2017级博士研究生王芝和厦门大学苏海峰博士,StanSchein教授和孙頔副教授为共同通讯作者。

该研究工作得到了国家自然科学基金面上项目,重大仪器研究专项和山东大学青年学者未来计划的经费支持,学院大型仪器中心X-射线单晶结构分析平台为本工作的单晶结构表征提供了关键支持。

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