在納米科技領域,當金屬納米顆粒尺寸縮小至特定臨界值時,其電子結構會經歷從連續能帶的金屬態向離散能級的分子態轉變。這一轉變的精準臨界尺寸,一直是該領域亟待攻克的核心問題,尤其對于化學性質活潑的金屬納米粒子而言,穩定性差、尺寸分布不均等問題更是阻礙了相關研究的深入推進。
近期,一項突破性研究為解決這一難題帶來了曙光。中國科學院合肥物質院固體所的伍志鯤研究員與莊勝利研究員團隊,攜手安徽師范大學陸洲教授團隊,創新性地引入了即時“反伽伐尼還原”合金化策略。該策略通過利用銀納米團簇獨特的“反伽伐尼還原”特性,實現了對共存鋅離子的還原。對照實驗顯示,鋅離子在常規條件下無法自行還原,必須借助銀團簇的輔助作用才能完成這一過程。通過這種合金化手段,銀納米團簇的穩定性得到顯著增強,產率大幅提升。
研究團隊成功制備出含有1796個原子的銀-鋅納米團簇(Ag252Zn2),不僅實現了克級規模的合成,單晶質量達到2.40克,其產率更是較現有同類材料單晶產量紀錄提高了兩個數量級。這一成果標志著大尺寸銀納米團簇的規模化制備取得了重大進展。
在實現規模化制備的基礎上,研究團隊進一步開發出一種高精度的去合金化技術。該技術如同“原子手術”般精準,能夠在不破壞納米粒子整體框架結構的前提下,精確移除兩個鋅原子,最終獲得1.03克純銀納米團簇晶體(Ag252)。這一技術突破為納米粒子的純化提供了全新思路。
值得注意的是,該研究還對納米粒子金屬性的判斷方法提出了重要修正。研究發現,傳統依賴穩態吸收光譜判斷金屬性的方法存在局限性,可能導致誤判情況的發生。這一發現為納米粒子性質的準確評估提供了重要參考。
這項研究不僅為臨界尺寸附近活潑金屬納米粒子的單分散、大規模制備提供了有效解決方案,更通過揭示其特殊性能,為納米科技的基礎研究和應用開發奠定了堅實基礎。該成果已發表于國際知名學術期刊,相關研究得到了國家自然科學基金、安徽省自然科學基金等項目的資助支持。











