【科学背景】
金属纳米颗粒的形貌控制因其与性质密切相关而备受关注。理解其演化路径对于调控形貌和性能至关重要。纳米颗粒合成通常经历核形成、种子生长和纳米晶形成三个阶段。尽管成核机制和种子到纳米晶的演化已有研究，但由于中间物种尺寸极小，从核到种子的生长过程仍难以观测。
【科学成果】
针对以上挑战，清华大学王泉明教授等研究者报道了通过配体工程与动力学控制合成的两种巨型银二十面体纳米团簇：[Ag₂₁₃(C≡CR₁)₉₆]⁵⁻ 与 [Ag₄₂₉Cl₂₄(C≡CR₂)₁₅₀]⁵⁻（其中 R₁ = 3,4,5-F₃C₆H₂，R₂ = 4-CF₃C₆H₄），分别命名为 Ag₂₁₃ 和 Ag₄₂₉。通过单晶X射线衍射解析其结构，发现 Ag₂₁₃ 和 Ag₄₂₉ 分别具有多层二十面体核结构 Ag₁₄₁（Ag₁₃@Ag₄₂@Ag₈₆）和 Ag₂₉₇（Ag₁₃@Ag₄₂@Ag₉₂@Ag₁₅₀）。值得注意的是，Ag₄₂₉ 具有260个价电子，是迄今报道的最大的含零价银的纳米团簇。其等离子体吸收和泵浦功率依赖的激发态动力学证实了它们的金属性质。这些原子级精确的结构支持了银二十面体从核到种子逐层演化的机制。相关结果以“Deciphering icosahedra structural evolution with atomically precise silver nanoclusters”为题发表在Science上。
【数据概览】
图1 通过单晶X射线衍射解析的两种银二十面体纳米团簇的分子结构© 2025 Science
图2 Ag₂₁₃ 和 Ag₄₂₉ 的结构© 2025 Science
图3 Ag₂₁₃ 和 Ag₄₂₉ 中的四面体结构单元及其代表性晶面© 2025 Science
图4 Ag₂₁₃ 和 Ag₄₂₉ 表面的外围金属-配体© 2025 Science
图5 Ag₂₁₃ 和 Ag₄₂₉ 的稳态吸收和激发态动力学行为© 2025 Science
【科学启迪】
该研究成功分离出两种具有精确原子排列的二十重孪晶银二十面体纳米团簇 Ag₂₁₃ 和 Ag₄₂₉，它们分别具有120和260个价电子，并表现出金属性质。其多层二十面体核结构（Ag₂₁₃ 为 Ag₁₄₁，Ag₄₂₉ 为 Ag₂₉₇）为银二十面体的逐层演化提供了有力证据。Ag₄₂₉ 是当前最大的含零价银的明确结构纳米团簇。本研究证明单晶X射线衍射仍是解析纳米团簇结构最有力的方法。配体工程在构建大尺寸纳米团簇结构多样性方面具有广阔前景，而异金属掺杂可能进一步提高其稳定性和性能。随着金属纳米团簇结构演化的深入研究，预期将涌现出更多有趣的功能性变化。
原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adx6639
本文由小艺撰稿
