2016-12-09 上海應用物理研究所
語音播報
近日，中國科學院上海應用物理研究所水科學與技術研究室研究員高嶷課題組與美國內布拉斯加大學林肯分校教授曾曉成合作，提出了一個用於解釋配體金納米糰簇的結構穩定性及其生長機制的普適模型GUM(Grand Unified Model)。相關研究成果發表在《自然-通訊》雜誌上(A grand unified model for liganded gold clusters, Nat. Commun. 7, 13574 doi: 10.1038/ncomms13574 (2016))。
眾所周知，「八電子規則」是現代化學的理論基礎，是理解和解釋主族元素分子結構穩定性和物化性質的基石。隨後發展的「十八電子規則」和「Wade規則」在20世紀也取得巨大成功，成為理解過渡金屬分子和小尺寸團簇的基本化學理論。但隨著近20年來納米技術的巨大進展，傳統化學理論是否在納米尺度仍然適用引起人們廣泛關注。特別對於金屬納米糰簇，迄今人們普遍認為其是由一個一個金屬原子隨機生長而來，並不存在一個普適的化學規則。
長期以來，配體金納米糰簇因其獨特的結構和物理化學性質以及在催化、納米技術及生物醫學等領域廣泛的應用前景得到了廣泛關注。近10年來，隨著一系列大尺寸的配體金納米糰簇被成功結晶，人們試圖提出理論模型解釋其結構穩定性，但並未獲得普遍成功。上海應物所許文武、朱倍恩在高嶷指導下，與美國內布拉斯加大學林肯分校和中國科學技術大學教授曾曉成合作，建立了一個普適模型，實現了對迄今為止報導的所有71個配體金納米糰簇的基本理解。該模型認為每個金原子有三個不同的電子價態，三個或者四個金原子可以滿足2電子的滿殼層電子態，從而構成基本的結構單元(三角形Au3和四面體Au4)。當這些基本單元堆積在一起時，就形成了結構各異的穩定的金納米糰簇。該模型的建立，有力地證明了金納米糰簇的結構和生長遵循著基本的化學規律，從而為進一步理解金以外的金屬納米糰簇打開了新的思路。由於這個模型非常類似於粒子物理中的基本粒子模型(即夸克有不同的「味」，三個夸克構成質子和中子，並進一步構成原子核和原子)，所以被稱為「大統一模型」（Grand Unified Model）。研究人員利用該模型預測了一系列高度穩定的金團簇，從而為實現基於化學規則的納米金團簇可控合成提供了基礎。
該項研究工作得到了中科院、上海應物所、國家自然科學基金委、上海市科委、中組部、中國科大以及深圳超算中心、國家超級計算天津中心和上海超算中心以及NSFC-廣東聯合基金（第二期）超級計算科學應用研究專項的共同資助和支持。
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大統一模型揭示配體金納米糰簇生長機制
近日，中國科學院上海應用物理研究所水科學與技術研究室研究員高嶷課題組與美國內布拉斯加大學林肯分校教授曾曉成合作，提出了一個用於解釋配體金納米糰簇的結構穩定性及其生長機制的普適模型GUM(Grand Unified Model)。相關研究成果發表在《自然-通訊》雜誌上(A grand unified model for liganded gold clusters, Nat. Commun. 7, 13574 doi: 10.1038/ncomms13574 (2016))。
眾所周知，「八電子規則」是現代化學的理論基礎，是理解和解釋主族元素分子結構穩定性和物化性質的基石。隨後發展的「十八電子規則」和「Wade規則」在20世紀也取得巨大成功，成為理解過渡金屬分子和小尺寸團簇的基本化學理論。但隨著近20年來納米技術的巨大進展，傳統化學理論是否在納米尺度仍然適用引起人們廣泛關注。特別對於金屬納米糰簇，迄今人們普遍認為其是由一個一個金屬原子隨機生長而來，並不存在一個普適的化學規則。
長期以來，配體金納米糰簇因其獨特的結構和物理化學性質以及在催化、納米技術及生物醫學等領域廣泛的應用前景得到了廣泛關注。近10年來，隨著一系列大尺寸的配體金納米糰簇被成功結晶，人們試圖提出理論模型解釋其結構穩定性，但並未獲得普遍成功。上海應物所許文武、朱倍恩在高嶷指導下，與美國內布拉斯加大學林肯分校和中國科學技術大學教授曾曉成合作，建立了一個普適模型，實現了對迄今為止報導的所有71個配體金納米糰簇的基本理解。該模型認為每個金原子有三個不同的電子價態，三個或者四個金原子可以滿足2電子的滿殼層電子態，從而構成基本的結構單元(三角形Au3和四面體Au4)。當這些基本單元堆積在一起時，就形成了結構各異的穩定的金納米糰簇。該模型的建立，有力地證明了金納米糰簇的結構和生長遵循著基本的化學規律，從而為進一步理解金以外的金屬納米糰簇打開了新的思路。由於這個模型非常類似於粒子物理中的基本粒子模型(即夸克有不同的「味」，三個夸克構成質子和中子，並進一步構成原子核和原子)，所以被稱為「大統一模型」（Grand Unified Model）。研究人員利用該模型預測了一系列高度穩定的金團簇，從而為實現基於化學規則的納米金團簇可控合成提供了基礎。
該項研究工作得到了中科院、上海應物所、國家自然科學基金委、上海市科委、中組部、中國科大以及深圳超算中心、國家超級計算天津中心和上海超算中心以及NSFC-廣東聯合基金（第二期）超級計算科學應用研究專項的共同資助和支持。
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大統一模型揭示配體金納米糰簇生長機制