金屬納米團(tuán)簇是一種新興的合成材料，具有獨(dú)特的光學(xué)、電化學(xué)和催化性質(zhì)。團(tuán)簇的研究揭示了不同類型的金屬有機(jī)配位結(jié)構(gòu)，并能在原子水平上研究表面等離子體共振現(xiàn)象。因此了解團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系對(duì)其在各個(gè)領(lǐng)域的潛在應(yīng)用非常重要。由于金屬納米團(tuán)簇超小尺寸和原子級(jí)精確的特點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)往往只能通過X射線單晶衍射確定，而其確切的化學(xué)成分則由質(zhì)譜得到。目前為止，盡管許多團(tuán)簇的晶體結(jié)構(gòu)已經(jīng)被解析，但以上兩種技術(shù)存在明顯的局限性。比如，由于一些團(tuán)簇的穩(wěn)定性和配體層的柔性，獲得高質(zhì)量的單晶往往非常困難。與此同時(shí)，質(zhì)譜分析中樣品的電離也充滿挑戰(zhàn)，尤其是是對(duì)于較大的團(tuán)簇，常常會(huì)產(chǎn)生碎片，難以得到分子離子峰。近日，南方科技大學(xué)羅智教授，深圳大學(xué)楊華艷教授等團(tuán)隊(duì)合作，首次通過小角中子散射技術(shù)（SANS）來量化了一系列銀和金納米團(tuán)簇在溶液中的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)性質(zhì)信息。該項(xiàng)工作系統(tǒng)性的分析了一系列銀和金納米團(tuán)簇，包括Ag16, Ag38, Ag44, Ag63, Ag136, Ag374以及Au38, Au104, Au144的小角中子散射數(shù)據(jù)。通過擬合計(jì)算出的尺寸和幾何參數(shù)都與晶體學(xué)結(jié)果一致。有趣的是，對(duì)于一些攜帶電荷的金屬納米團(tuán)簇，如Ag44，小角中子散射能夠得到其在溶液中抗衡離子的結(jié)構(gòu)信息。此外，當(dāng)SANS與小角X射線散射（SAXS）相結(jié)合時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)納米團(tuán)簇的金屬內(nèi)核和配體外殼相對(duì)分子質(zhì)量的直接測(cè)量。以金納米團(tuán)簇為例，其相對(duì)分子質(zhì)量計(jì)算結(jié)果誤差均在10%以內(nèi)。這項(xiàng)工作為納米團(tuán)簇提供了一種新的表征工具，可以直接測(cè)試團(tuán)簇材料的溶液結(jié)構(gòu)，而不需要經(jīng)過結(jié)晶或氣相電離。與傳統(tǒng)X射線晶體學(xué)等固相分析不同，SANS可以捕捉到溶液中抗衡離子層的存在。對(duì)于無法解析單晶結(jié)構(gòu)的團(tuán)簇，或者當(dāng)相對(duì)分子質(zhì)量難以通過質(zhì)譜來確定時(shí)，SANS提供了一種可靠的表征方法。由于可以直接用于溶液態(tài)結(jié)構(gòu)的分析，SANS在團(tuán)簇復(fù)雜體系及工況下的表征方面擁有巨大的前景。Xindi Liu et al. Quantifying the Solution Structure of Metal Nanoclusters Using Small-Angle Neutron Scattering. Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202209751.https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202209751
