材料學院駱耿耿課題組在國際頂級期刊Angewandte Chemie上發表研究成果

作者:雷水清      單位:材料學院 發布時間:2020-04-20

    近日,我校材料學院駱耿耿課題組在原子精度的無機納米團簇領域取得重要研究進展,研究成果以“Sodalite-Type Silver Orthophosphate Cluster in a Globular Silver Nanocluster”(DOI: 10.1002/anie.202003143 and 10.1002/ange.202003143)為題發表在國際頂級期刊Angewandte Chemie(德國應用化學),并受邀作為封面論文。Angewandte Chemie是目前國際化學和材料領域最具影響力的綜合性刊物之一,位列JCR中Q1區Top。

    論文主要源于課題組對以下兩個問題的思考。

    問題1:二氧化鈦是最重要的光催化材料之一,原子精度的鈦氧團簇(TOCs)被認為是分子型的鈦氧化物,對了解二氧化鈦的結構與光催化性質之間的構-效關系具有重要的參考價值。然而二氧化鈦是一種只能吸收紫外光的寬帶隙半導體,限制了對太陽光的利用。針對這一問題,日本學者葉金花等人近年來在Nature Materials等頂級期刊上相繼報道了可見光激發下具有高效光氧化性能的磷酸銀Ag3PO4半導體,掀起了對磷酸銀光催化材料的研究熱潮。由此,課題組提出,正如鈦氧團簇(TOCs)與二氧化鈦納米顆粒之間的關系一樣,有沒有可能存在介于小分子和磷酸銀納米顆粒之間具有確定結構的磷酸銀團簇(SOCs)?經查,當前文獻未有磷酸銀團簇的報道,也無人提到過磷酸銀團簇的概念,這是一個零的開始。

    問題2:C60是一種由60個碳所構成的像足球一樣的阿基米德截角二十面體碳簇,在配體保護的原子精確銀納米團簇中,由60個銀所構成的配體保護的籠狀高核銀簇分子會具有什么樣的幾何結構?

    為了解答上述兩個問題,駱耿耿課題組在對原子精度的納米團簇的合成基礎上Chem. Commun., 2018, 54, 2361Chem.-Eur. J, 2017, 23, 14420等)經過無數次實驗后,首次在團簇領域創新性提出“磷酸銀簇”(SOCs)的概念。課題組利用阿基米德小斜方截半二十面體Ag60納米銀簇的內部空腔成功捕捉并穩定了首例具有方鈉石型(即阿基米德截角八面體結構)的磷酸銀簇{Ag3PO4}8獲得原子精確的磷酸銀簇@高核銀簇的核-殼納米團簇;利用微焦斑X-射線單晶衍射技術、電鏡TEM/球差電鏡(HAADF-STEM)、高分辨電噴霧質譜(ESI-MS)、光電子能譜(XPS)等表征手段精確確定團簇的結構,并結合DFT理論計算分析了團簇的電子結構;同時探究了該團簇的光催化活性。值得一提的是,在嘗試了無數種添加劑后,課題組發現該磷酸銀簇@高核銀簇的成功制備跟所添加的H2PO4-有緊密的關系,當H2PO4-替換為PO43-后,只能得到陰離子為模板的低核銀簇。這項研究成果受到了Angew. Chem. Int. Ed.三個審稿人的高度評價(very important/very important/highly important),并受邀作為封面文章

(A)磷酸銀體相的單胞結構;(B)原子精確的磷酸銀簇{Ag3PO4}8(C)截角八面體結構;(D) DFT計算的磷酸銀簇{Ag3PO4}8(E)經典的截角二十面C60(F)小斜方截半二十面體Ag60.

    該工作在駱耿耿博士(通訊作者)指導下,以華僑大學為第一署名通訊單位,山東大學、Southern Methodist University(美國)等為合作單位完成。華僑大學材料學院2019級在讀博士研究生鄧成龍、華僑大學材料學院講師孫存發、山東大學王芝為共同第一作者。華僑大學材料學院陳亦琳博士、林碧洲教授、林金清教授均對論文有貢獻。駱耿耿博士為第一通訊作者,山東大學孫頔教授為共同通訊作者。該研究得到國家自然科學基金及省基金的資助。

    論文鏈接:https://doi.org/10.1002/anie.202003143

 

(值班編輯:孟祥龍)

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