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内蒙古大学沈慧课题组报道了第一个由硫醇稳定的8电子铜纳米团簇,发现该团簇具有良好的光热转换性能,并且在模拟太阳光照射下也能实现光和热的转换。
图1 a Cu54团簇的整体结构。b. Cu54团簇的结构剖析 图2 Cu54团簇的表征数据 图3 Cu54团簇的光热转换实验 配体保护的原子精确金属纳米团簇由几个到数百个金属原子组成,具有超小尺寸、优异的光稳定性和高催化活性等特性。其尺寸与电子费米波长相当,表现出独特的量子尺寸效应。该类材料具有丰富的表面配体,从而有望实现材料功能化。近年来,大量文献已经报道了具有不同形状、大小、组成和功能的金属纳米团簇的结构。但遗憾的是,大多数的研究关于Au和Ag纳米团簇。这些贵金属元素的相关研究的高成本在一定程度上限制了它们的经济和高效应用。相比之下,铜纳米团簇由于其丰富的土壤储量、低成本和独特的光学性质而在最近的研究中引起了极大的关注。然而,铜纳米团簇在尺寸、形状和稳定性控制方面的挑战使得其潜在应用的研究远未完成。 光热转换是将光能转化为热能的一种能量转换现象。随着先进纳米技术的不断发展,各种具有优异光热转换能力的光热纳米材料被制造出来,用于探索光热治疗、光催化和生物成像等。相比于传统金属纳米颗粒的结构不明确,金属纳米团簇具有明确的组成和分子结构,可以精确地调制或构建组装结构,可以很好的为光热转换中结构-性能关系的研究提供便利。 基于上述考虑,内蒙古大学沈慧课题组通过一锅法制备了新型铜纳米团簇,并通过紫外可见光谱、电喷雾电离质谱和X射线光电子能谱等组合技术对其进行了表征。单晶X射线衍射分析显示,团簇的分子式为[XCu54Cl12(tBuS)20(NO3)12](X=S或无)结构为同心三壳俄罗斯娃娃排列X@Cu14@Cl12@Cu40。 [SCu54Cl12(tBuS)20(NO3)12]团簇的结构中含有8个自由价电子,使其成为第一例由硫醇稳定的8电子铜纳米簇。由于该团簇结构Cu14@Cl12@Cu40的排布和表面上的转子状配体的协调,使得该团簇成为光热材料的优秀候选材料。Cu54团簇在宽波长范围(蓝色或近红外)内具有有效的光热转换(在~50 s内温度升高71°C,激光波长为445 nm,光功率密度为0.5 W/cm2)。并且,该团簇的光热特性与波长无关,在不同激光(445 nm和808 nm)照射下表现出相似的光热转换性能。作者尝试在太阳光下进行光热转换测试,在模拟太阳光(3个太阳)的照射下,光热转换也能被驱动,进而该团簇在太阳能利用方面具有很大的潜力。在这项工作中,作者报道了罕见的具有独特结构的八电子铜纳米团簇,并且首次提出了使用原子精确的铜纳米团簇作为光热转换材料,为光热转换提供了新材料以及新思路。 论文信息 Eight-Electron Copper Nanoclusters for Photothermal Conversion Xueli Sun, Bingzheng Yan, Xuekun Gong, Qinghua Xu, Prof. Qingxiang Guo, Prof. Hui Shen Chemistry – A European Journal DOI: 10.1002/chem.202400527
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