具有精確的原子結構和配體修飾的Au納米顆粒是揭示原子和分子堆積組裝方式的重要平臺，對于納米顆粒尺寸、形貌、表面結構的設計和功能器件控制制備具有重要指導作用。
一般來說，自組裝受熱力學控制，最終達到堆積密度的最大化。另外，納米顆粒之間的相互作用力也可驅動顆粒堆積形成特定的晶格結構。
加深對納米顆粒系統的自組裝機理研究，達到生物分子那樣的原子精確度，是材料學家孜孜以求的目標。
有鑒于此，金榮超課題組報道了一種由246個Au原子和80個有機配體(p-MBT)組成，在原子尺度（金原子之間）、分子尺度（表面配體之間）和納米尺度（納米顆粒之間）多級次精確自組裝的[Au246(p-MBT)80]納米顆粒。Au內核尺寸為2.2 nm，含配體的整體尺寸為3.3 nm。
圖1. 單晶結構中納米金的堆積結構
通過單晶X-射線衍射儀，研究人員得到以下結論：
1）納米顆粒內部Au原子為三殼層結構。最內層為116個金原子組成的熱力學穩定的i-Dh結構。中間層為90個金原子形成的過渡層，過渡層起到進一步降低能量，并為錨定表面配體提供“底座”的作用。最外層為40個Au原子和80個S原子形成的Au-S鍵，起到穩定整個納米顆粒的作用。
2）配體除了起到保護作用之外，還可以通過C-H???π作用形成循環堆積和平行堆積組裝圖案，達到了生物分子的結構復雜性。
3）表面圖案的對稱性和密度指導納米顆粒的定向堆積自組裝，最終得到特定組裝的晶格結構。其中最關鍵的2個因素是：（1）配體相互作用最大化；（2）表面對稱性相匹配，
總之，這項研究工作為納米顆粒實現精確的多級結構自組裝提供了良好的理論指導作用！
圖2. 表面配體圖案組裝
圖3. 表面配體密度和對稱性指導顆粒之間自組裝
圖4. Au納米顆粒內部原子自組裝
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Chenjie Zeng, Rongchao Jin et al. Emergenceof hierarchical structural complexities in nanoparticles and their assembly.Science 2016, 354, 1580-1584.
