一文带你了解-金属纳米团簇（MNCs）-UDP糖丨MOF丨金属有机框架丨聚集诱导发光丨荧光标记推荐西安齐岳生物

受配体保护的金属纳米团簇（NCs）在能量转换领域显示出巨大的潜力，因为可以通过改变其大小（即金属原子数），组成和纳米结构来精确调节其电子能带结构。通过改变金NC的原子堆积方式，激发态的寿命可以长达5微秒，可与块体硅媲美。金属NC的*高被占领分子轨道（HOMO）和*低未被占领分子轨道（LUMO）之间具有明显间隙，同时可以在吸收光后产生激子（电子-空穴对），因此将它们视为小带隙半导体是合理的。

金属纳米团簇发光原理图如下：

金属纳米团簇材料的精准调控:

近二十余年来硫醇保护的金属纳米团簇（Nanocluster, NC）的迅速崛起为在原子层面上实现金属材料的精准调控提供了理想的研究平台。硫醇保护的金属NC是一类尺寸超小（< 3 nm）的纳米颗粒。得益于其日臻成熟的精确到原子的合成（通过化学手段等）和表征（通过**的质谱和X-射线技术等）手段，硫醇保护的金属NC通常可以用类似于分子的“分子式”表示：如[Mn(SR)m]q, 其中n, m 和q分别表示单个团簇中金属原子（M），硫醇配体（SR）以及净电荷的数目。基于在此超小尺度下的强量子限域效应以及独特的金属-硫醇键（M-SR），金属NC呈现出新颖的类分子性质（如HOMO-LUMO跃迁，量子化电荷行为，本征旋光性，强荧光，以及**的催化活性和选择性等），使其在催化，生物医药和清洁能源等领域具有广泛的应用前景。除此之外，上述类分子性质还表现出强烈的尺寸/结构相关性，为在原子尺度上监测金属纳米团簇的尺寸和结构演化过程提供了便捷的手段。

金属纳米团簇发展前景：

金属纳米团簇是一种新型功能纳米材料，由于其具有许多独特的性质，如高催化活性、高光吸收率、高稳定性等，使得它们在许多领域中具有广泛的应用前景。

在生物医学领域，金属纳米团簇可以作为荧光成像剂，用于医学成像中。在催化反应领域，金属纳米团簇可以作为高效催化剂，用于二氧化碳还原反应以及有机物氧化反应过程中。在光电材料领域，金属纳米团簇可以作为光波导材料，用于集成光学以及信息储存。

随着技术的不断进步，金属纳米团簇的商用化进程将有所加快。目前，我国金属纳米团簇行业尚处于起步阶段，以实验室研发为主。但是，我国在金属纳米团簇的研发方面已经取得了一些进展，例如中国石油大学材料科学与工程学院邢伟教授团队成功制备出一种**铂纳米簇催化剂，该产品未来将被用于碱性电催化氢氧化反应中。

此外，金属纳米团簇的**性能和应用前景也引起了科研人员的广泛关注。例如，安徽大学**材料原子工程研究中心陈爽副教授和朱满洲教授组成的科研团队，发现配体保护的两种金属团簇材料具有**的光波导性能，研制的两种金属团簇的晶体排列和分子取向导致了其**的极化比，光损耗系数低于大多数无机、有机和杂化材料，为有源波导和极化材料家族提供了新成员。这在未来信息储存、集成光学等领域具有潜在应用前景。

总的来说，金属纳米团簇作为一种新型功能纳米材料，在众多领域拥有广阔应用前景。未来伴随研究深入、技术进步，我国金属纳米团簇行业发展速度将进一步加快。但是，目前金属纳米团簇的发展还面临着一些挑战和问题，例如制备技术不成熟、生产成本高、应用效果不稳定等。因此，需要加强研发力度，推动技术进步，提高金属纳米团簇的稳定性和可重复性，进一步拓展其应用范围。

金属纳米团簇的制备，合成方法与机理

金属纳米团簇的制备主要包括自上而下法和自下而上法。其中，自上而下法是将纳米粒子或者更大的块体金属材料经过一定的方法尺寸逐渐变小，*终形成纳米团簇的过程。而自下而上法则将相应的金属前驱体通过还原剂还原成原子，然后零价的原子逐渐成核形成簇的过程。此外，常见的制备方法还有配体保护法、化学还原法、光还原法、超声法、微波法、化学刻蚀法等。这些方法具有各自的特点与方式，对纳米团簇的合成都做出了不同程度的改进，它们都是制备超小尺寸纳米团簇的有效途径。新加坡国立大学谢建平教授课题组和青岛科技大学袁勋教授课题组于近期在Accounts of Chemical Research上发表题为 “Toward Total Synthesis of Thiolate-Protected Metal Nanoclusters[3]”的受邀综述，系统总结了硫醇保护的金属纳米团簇精确到原子的合成策略，生长机理，以及自组装研究的进展。重点介绍了金属纳米团簇的四种合成策略以及机理，分别为：

1、还原生长法(Reduction Growth)

还原生长法重点在于还原，即采用还原剂将三价金或一价金还原的过程。还原过程的快慢，还原剂的强弱对反应成功与否至关重要。比如强还原剂硼氢化钠，温和还原剂氰基硼氢化钠，CO等等。

下图通过还原生长法合成[Au25(SR)18]-团簇示意图。

金属纳米团簇的制备

2、种子生长法(Seeded Growth)

种子生长法即采用较小尺寸金属纳米团簇作为种子，逐步生长为较大尺寸金属纳米团簇的方法。与还原生长法相似，均可以通过2电子（e-）还原过程实现。

下图以[Au25(SR)18]为种子纳米团簇生长合成[Au44(SR)26]2-纳米团簇示意图。

[Au25(SR)18]

3、合金化法 (Alloying Reaction)

合金化法即利用一定量的外来模体（motif）逐步交换原来纳米团簇表面的模体实现金属交换从而得到异金属掺杂的合金纳米团簇的方法。关于这种方法的具体案例可详细参考安徽大学朱满洲教授课题组*近发表在Accounts of Chemical Research上题为Customizing the Structure, Composition, and Properties of Alloy Nanoclusters by Metal Exchange[6]的综述。

下图[Ag44(SR)30]4-纳米团簇的表面保护模体交换反应示意图。

[Ag44(SR)30]4-纳米团簇的表面保护模体交换反应示意图