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基于光吸收特性探究面心立方结构Au纳米团簇向纳米晶转变的“拐点”

批准号:
22075291
项目类别:
面上项目
资助金额:
64.0 万元
负责人:
廖玲文
学科分类:
无机功能材料化学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
廖玲文

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
Au纳米团簇是连接Au原子分子与Au纳米晶的桥梁,其尺寸通常小于3 nm,具有特殊的量子限域效应。虽然国内外多个课题研究了不同尺寸和结构的Au纳米团簇,但是对Au纳米团簇向纳米晶转变的“拐点”了解甚少,存在数个悬而未决的问题。比如,用何种技术手段寻找Au纳米团簇向纳米晶转变的“拐点”?Au纳米团簇向纳米晶转变过程的光学性质如何变化?为了解决这些问题,本项目拟开展三个方面的工作:(1)利用尺寸融合、酸诱导以及离子诱导等方法合成出具有面心立方结构但是尺寸不同的Au纳米团簇;(2)利用紫外可见吸收光谱技术研究Au纳米团簇短波吸收峰波长与尺寸的关系,以Au纳米晶的表面等离子体吸收峰(520 nm)为基准寻找Au纳米团簇向纳米晶转变的“拐点”;(3)在Au纳米团簇向纳米晶转变的“拐点”附近研究Au纳米团簇的荧光和拉曼性质的变化规律。本项研究不仅对基础研究有促进作用且具备一定的应用价值。
英文摘要
As a bridge connecting Au atoms and Au nanocrystals, Au nanoclusters are usually smaller than 3 nm in size and have a special quantum confinement effect. Although many groups have studied Au nanoclusters with different sizes and structures, the "inflection point" of properties transition from Au nanoclusters to nanocrystals is still little known. For example, what technical characterization means can be used to identify the "inflection point"? How does the optical properties change during the transition from Au nanoclusters to nanocrystals? In order to answer these questions, three tasks in this project will be carried out: (1) Using various methods, such as size focusing, acid induction and ion induction, to prepare face-centric cubic Au nanoclusters with different sizes; (2) Employing the ultraviolet visible absorption spectroscopy to study the relationship between the size of Au nanocluster and the wavelength of short-wave absorption peak, aiming to find the "inflection point" on the basis of the surface plasma absorption peak (520 nm) of Au nanocrystals; (3) Studying the fluorescence and Raman properties of Au nanoclusters near the "inflection point" and simultaneously revealing the properties change from nanoclusters to nanocrystals. The completion of the above work not only promotes the basic research but also has practical application value.
金属纳米团簇作为连接金属原子与金属纳晶之间的重要桥梁,研究人员对其在向纳米晶转变过程中的关键尺寸及其构-效关系给予了高度关注。在本项目的资助下,我们成功开发了面心立方(fcc)结构的Au纳米团簇的可控合成方法,制备了多个具有fcc结构的Au纳米团簇,并对其光学和电催化性质进行了深入研究。此外,我们还系统地探究了Au纳米团簇向纳米晶转变的过程。以下是本研究的重要成果和关键数据:1)通过两步合成法制备了具有晶格压缩的Au52纳米团簇。研究发现,该类纳米团簇的紫外吸收峰位置与其尺寸呈正相关关系。此外,实验结果表明,具有晶格压缩特性的Au52纳米团簇在电催化二氧化碳还原反应中的性能显著优于未发生晶格压缩的Au52纳米团簇;2)通过调控Au纳米团簇表面配体和反应温度,成功合成了具有旋转晶界的Au78纳米团簇。研究结果表明,Au78纳米团簇的紫外-可见吸收光谱特征峰位置与先前拟合的直线存在偏差,这可能归因于晶界结构的影响。此外,电催化二氧化碳还原性能研究表明,具有晶界结构的Au78纳米团簇表现出优于无晶界结构Au纳米团簇的催化活性;3)通过精确调控Au纳米团簇的合成条件,成功制备了具有棒状结构的Au66纳米团簇。该棒状金纳米团簇在近红外区展现出显著的吸收特性,为近红外光热和荧光响应提供了理想平台。此外,这一发现还为理解fcc结构Au纳米团簇的生长机制提供了新的视角。我们先前推测Au155纳米团簇可能是金纳米团簇转变为纳米晶的关键尺寸。尽管在本项目中未能合成该尺寸的团簇,但其他研究团队成功合成了Au156纳米团簇,并发现其表现出显著的纳米晶体特性。这一结果进一步验证了本项目所提出的科学假设。这些研究不仅拓展和深化了我们对金纳米团簇向纳晶演变规律的理解,为功能材料的发展提供了宝贵的指导和参考,既具有重要的理论意义,也展现了显著的实际应用价值。
异种金属原子掺杂Au纳米团簇的HOMO-LUMO能隙以及电催化性质研究
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