化學所等在團簇超原子用於新材料基因研究中取得進展

2020-11-02 光明網

腐蝕、防腐及催化等化學化工過程均涉及金屬團簇的研究，團簇已成為化學和材料研究的前沿和熱點。深入理解原子到分子、團簇、納米結構，再到宏觀物質的結構和功能演變，將推動化學走向「微觀化」、「精準化」和「交叉融合」。

在國家自然科學基金委、財政部、中國科學院的支持下，中科院化學研究所分子動態與穩態結構實驗室研究員駱智訓課題組研製出多套團簇科學儀器裝置，在金屬團簇與超原子的高效製備及反應性研究中取得系列進展（圖1）。團簇超原子作為一類具有固定幾何結構和電子結構的類比於原子的團簇（Acc. Chem. Res. 2014，47，2931-2940），可通過金屬團簇精準化學反應（Chem. Rev. 2016，116，23，14456），設計具有團簇基因的功能新材料（Coord. Chem. Rev. 2019，400，213053），可應用於催化，並且有望拓展至更廣泛的光化學、自旋電子學等領域，體現從「超原子化學」到「團簇材料基因」的新視角（Coord. Chem. Rev. 2020， CCR_213643）。

近期，在中科院院士、化學所研究員姚建年的指導下，研究團隊與北大深圳化學院教授潘鋒、清華大學教授李雋等合作，發現並氣相合成一種具有特殊穩定性的類鈣鈦礦結構的金屬氧立方中性團簇Co13O8。理論研究表明，該團簇具有獨特的立方芳香性（圖2）。研究進一步揭示其獨特的穩定性與體心立方結構、突出的前線軌道能隙、乃至芳香性相關，討論從二十面體Co13到立方Co13O8的結構演化的熱力學和反應動力學過程；通過計算其核獨立化學位移與磁感應電流密度，結合電子結構及軌道分析，詮釋Co13O8的立方芳香性及其化學本質。這類新型的氧鈍化金屬團簇（Oxygen-passivated metal cluster）有望用作新材料基因，研究人員將其命名為「金屬氧立方」（metalloxocubes）。相關研究成果發表在National Science Review，博士研究生耿麗君為論文第一作者。

圖1.（A） 自主研製的國家重大儀器（深紫外二期子項目）DUV+IR質譜光譜儀；（B）狹義和廣義超原子概念的提出（Acc. Chem. Res. 2014，47，2931）；（C）基於科學院儀器研製項目支持的離子層流反應管串聯自定義多重四極質譜系統；（D）開殼層超原子團簇Cu18-的發現（J. Phys. Chem. Lett. 2020，11，5807）；（E/F）金屬團簇應用於材料基因（Coord. Chem. Rev. 2019，400，213053；2020，213643）；（G）滷素配體保護/活化超原子團簇（Chem. Sci. 2016，7，3067）

圖

2.

中性

Con

純金屬團簇質譜分布及其與大量氧氣反應後的質譜。插圖為

Co13O8

氧立方結構及其芳香性描述

來源： 化學研究所

相關焦點

  • 團簇超原子用於新材料基因研究獲進展
    在國家自然科學基金委、財政部、中國科學院的支持下，中科院化學研究所分子動態與穩態結構實驗室研究員駱智訓課題組研製出多套團簇科學儀器裝置，在金屬團簇與超原子的高效製備及反應性研究中取得系列進展（圖1）。團簇超原子作為一類具有固定幾何結構和電子結構的類比於原子的團簇（Acc. Chem. Res.
  • 合肥研究院在金屬團簇研究中取得進展
    合肥研究院在金屬團簇研究中取得進展 2016-09-14 合肥物質科學研究院 【字體：然而，金屬納米糰簇的研究也存在很多困難和挑戰（如精準合成、結構解析等）。應對這些問題和挑戰，中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所研究員伍志鯤課題組進行了不懈努力。繼揭示金納米糰簇中存在像有機分子一樣的「同分異構」現象(Nature Commun.
  • 《Adv Mater》超原子領域取得重要進展!
    在這裡，來自東京理工學院的Kimihisa Yamamoto等人最新研究了超原子，並通過設計鎵原子的數量來改變這些超原子中的價電子的數量。基於樹枝狀大分子模板法，合成了由3、12、13等多個數原子組成的團簇。這些鎵原子團簇為超原子提供了另外的候選。
  • 合肥研究院在團簇結構調控和性能研究中取得進展
    近日，中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所研究員伍志鯤帶領的課題組，與中國科學技術大學教授楊金龍帶領的課題組合作，在金屬納米糰簇的結構調控與性能研究方面取得進展，相關研究成果以Kernel Tuning and Nonuniform Influence on Optical and Electrochemical Gaps of Bimetal Nanoclusters
  • 具有區域選擇性三元配體殼層的34電子超原子Ag78團簇
    具有區域選擇性三元配體殼層的34電子超原子Ag78團簇 作者：小柯機器人 發布時間：2020/11/8 14:39:04 山東大學化學與化學工程學院的Di Sun小組研究出一個34電子超原子
  • 金納米糰簇的構造異構及構造關聯的發光研究取得進展
    近期，中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所研究員伍志鯤與中國科學技術大學教授楊金龍等合作，在金納米糰簇合成以及結構與螢光性能關聯研究方面取得新進展，相關工作以Fcc versus Non-fcc Structural Isomerism of Gold Nanoparticles with Kernel
  • 鈦氧團簇異構體動力學及構效關係研究取得新進展
    近日，中國科學院大連化學物理研究所研究員吳凱豐團隊和中國科學院福建物質結構研究所研究員張健、張磊團隊合作，報導了首例鈦氧團簇中的異構體現象，並通過超快動力學研究了兩個異構體在光電化學與光催化應用中的構效關係。相關工作發表於《德國應用化學》（Angew. Chem. Int. Ed.）上。
  • 廈門大學在高核稀土-過渡金屬團簇的模塊組裝研究取得新進展
    近日，廈門大學孔祥建、龍臘生教授課題組在高核稀土-過渡金屬（3d-4f）團簇的模塊組裝方面取得新進展，相關研究成果以「Synthetic Protocol for Assembling Giant Heterometallic Hydroxide Clusters from Building Blocks: Rational Design and
  • 濱珊瑚團簇同位素研究取得進展
    濱珊瑚（Porites）是重建熱帶海洋氣候環境演變的重要研究載體，利用濱珊瑚骨骼碳酸鈣中的氧同位素組成（δ18O）可重建海水錶層溫度（sea surface temperature, SST）的變化。然而這種重建往往受海水δ18O值變化的影響。
  • 鄭州大學在多個科研領域取得新進展
    近日，鄭大多個科研團隊在各自研究領域取得突破，鄭大考研網育博書店就來給大家盤點一下。鄭州大學化學學院在發光銀團簇研究領域取得新進展近日，鄭州大學化學學院晶態分子功能材料創新團隊在發光銀團簇研究領域取得新進展。
  • 科學家在過渡金屬與碳混合團簇的研究中獲進展
    排球烯 河北師範大學劉英教授課題組在「過渡金屬與碳混合團簇
  • 大連化物所在合成氨反應機理研究中取得新進展
    大連化物所在合成氨反應機理研究中取得新進展 2017-06-14 大連化學物理研究所 【字體>　　近日，中國科學院大連化學物理研究所複合氫化物材料化學研究組研究員陳萍團隊和分子反應動力學國家重點實驗室團簇光譜與動力學研究組研究員江凌團隊合作在合成氨反應機理研究中取得新進展，相關結果發表在《德國應用化學》（Angew.
  • JACS封面:西安交大科研人員在功能團簇研究中取得新進展
    跳轉閱讀疫情期間，化學加網企業包年套餐買一年贈多一年 高核過渡-稀土混金屬團簇，因其複雜的分子結構、均一的尺寸、獨特的性能，成為團簇化學家們熱衷構築的體系。輪狀結構由於其特殊的化學及物理屬性備受關注，例如有限的輪狀多核簇合物可作為一維無限鏈體系的等價模型引起人們濃厚的研究興趣。
  • 中科院化學所所長張德清:立足基礎,追求卓越—新聞—科學網
    分子科學前沿領域成就顯著 「十二五」期間，化學所圍繞分子反應基礎和器件研究中的重大、前沿性科學問題，開展了深入的研究工作，在複雜反應的過程與調控、納米結構可控制備、有機柔性電子器件方面取得了一系列重要突破。「分子科學是研究分子的結構、合成、轉化與功能的科學，是化學科學的核心，是創造新物質的源泉，是化學所的重點研究領域。」
  • 中國在家蠶基因組測序研究中取得重大進展
    中新網10月23日電 繼人類基因組、水稻基因組之後，中國在家蠶基因組測序研究中取得重大進展，日前西南農業大學基因表達標籤(EST)工作已突破10萬條大關，獲得非重複基因3萬多個，使該校成為世界上擁有家蠶和鱗翅目昆蟲基因序列最多的研究基地。
  • 如何拓展二次離子質譜在生命科學研究中的應用——訪中科院化學所...
    一次與生物學家偶然的討論給汪福意帶來了啟發，他萌生了使用高空間解析度的二次離子質譜成像進行化學生物學和分子生物學研究的念頭。中科院化學所領導對於他的想法非常贊成，在中國科學院和國家自然科學基金委的大力支持下，該團隊在2012年購置了一臺飛行時間二次離子質譜(ToF-SIMS)儀，從此汪福意研究員和他的團隊開始了生命科學領域SIMS成像新技術和新方法的研究工作。
  • 化學所在氧自由基研究方面取得系列進展
    氧自由基是一類典型重要的化學反應中間體，它們廣泛存在於大氣、化學、生命等過程，氧自由基的捕捉與研究非常困難。在國家自然科學基金委、中科院、科技部的資助下，化學研究所分子動態與穩態結構實驗室的科研人員提出了新的研究思路：把氧自由基製備到具有明確分子結構的團簇上，通過調控團簇組成、尺寸、電子結構等因素認識氧自由基的結構與反應性，取得了系列研究進展。
  • 【材料】華東理工大學在超高螢光量子產率金納米糰簇研究領域取得新突破
    近紅外發光的金納米糰簇是目前癌症診療一體化納米載體的研究熱點，為了推進實際應用，還需解決金納米糰簇低量子產率的問題