東京工業大學的科學家們發現，摻銀的硫代鉑納米金屬複合物比原來的鉑複合物顯示出18倍的光致發光能力。在最近的論文中，他們深入了解了其中的原因，為生物成像創造高效無毒和生物相容性的化合物提供了新的方法。
我們大多數人都遇到過各種發光現象，無論是夜晚的螢火蟲還是海洋中的浮遊生物，甚至是集市上的螢光棒。雖然發光本身是一種奇妙的現象，比如它能讓對光敏感的生物樣本在顯微鏡下的黑暗中發光。
最近，金屬納米簇（尺寸在幾納米範圍內的極小顆粒）作為有前途的生物成像光致發光材料，引起了生物化學家的關注，因為它們的小尺寸可以應用到各種器官中，無毒，而且與現有的有機染料或半導體納米顆粒相比，具有生物兼容性。然而，有一個根本性的問題阻礙了它們的廣泛應用：光致發光極低且持續時間短。
日本東京工業大學(Tokyo Tech)的一個科學家團隊人為，這可能是因為這些顆粒的光致發光的機制還不太清楚。最近發表在《Angewandte Chemie》上的論文中，由Takane Imaoka教授領導的團隊報告了他們的發現，即用銀摻雜硫酸鹽鉑複合物，可以使光致發光增加18倍! 他們還通過深入到摻銀的硫代鉑絡合物中的原子級別來挖掘原因。
他們對該結構的X射線晶體學觀察表明，銀離子處於一個頭冠形鉑絡環的中心。進一步觀察發現，當該結構處於晶體形態或其在有機溶劑中的溶液冷卻至77K或-196.15℃時，在紫外光照射下的光致發光率很高。Imaoka教授闡述了這些觀察到的問題。"光致發光增加的一個原因是，在這些條件下，環部分的熱運動被抑制了。但結構起到了什麼作用，前沿分子軌道與這種增加有什麼關係嗎？"
為了找出答案，該團隊進行了密度函數論計算。這些計算讓他們根據分子軌道的能量狀態和幾何形狀了解了複合物的結構。他們發現，當通電時，比如在紫外線照射下，結構會被銀離子保持穩定，從而產生良好的光致發光；這與單獨的環狀結構不同，環狀結構在激發後會變得高度扭曲。"這可能是因為銀離子的大小和硫代鉑環的空腔匹配度很高，軌道排列良好。"Imaoka教授解釋道。"任何扭曲都會造成能量上的不利排斥。銀離子作為模板，維持了頭冠狀複合物的高度有序結構，從而極大地增強了其磷光性。"
科學家們還進行了光物理研究，發現摻銀結構發生的非輻射衰變比不摻銀結構少得多。
這些發現與另一項關於棒狀銀離子摻雜金複合物的研究結果相印證。如果本研究與之前的此類研究之間存在可辨別的相關性，那麼銀離子穩定這些結構中較低能量的未佔位分子軌道的能力可能是設計光致發光金屬納米糰簇的新關鍵。每一個團簇所特有的前沿分子軌道的細節，對預測金屬團簇的理想結構很有幫助，或許，可以為未來開發新型高效的團簇之路提供參考。
論文標題為《 Silver in the Center Enhances RoomTemperature Phosphorescence of Platinum Subnanocluster by 18 times》。