近期，中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院固體物理研究所研究員伍志鯤課題組與復旦大學、大連理工大學、合肥研究院智能機械研究所、中國科學技術大學等單位合作，在金屬納米團簇的結構與熒光性能關聯(lián)方面取得新進展，相關工作已在《德國應用化學》上發(fā)表 (Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 11567 -11571)。論文的第一作者是博士后甘自保。
金、銀等貴金屬的塊體熒光一般比較弱，如塊體金熒光量子產(chǎn)率不超過10-10量級，但當它們的尺寸縮減到一定尺度時，能觀察到明顯的熒光，這一現(xiàn)象在早期通常被簡單歸結為尺寸效應，其內(nèi)在的機理并不清楚。組成和結構確定的金屬納米團簇研究的興起，為研究這些根本性的科學問題提供了契機。伍志鯤早在美國開展博士后研究期間 (指導老師：Rongchao Jin 教授) 就致力于相關課題的研究探索。他們系統(tǒng)考察了Au25團簇熒光與配體和價態(tài)的關系，提出熒光增強的兩種機理（電荷通過Au-S鍵的傳導以及表面富電子原子或基團直接傳遞給金核）（見圖1），并提出了三種增強熒光的方法（提高金團簇的價態(tài)；增強配體的供電子能力；在配體中引入富電子原子或基團）。這些觀點提出后(Nano Lett. 2010, 10, 2568)，得到進一步的實驗證實和廣泛認可，也促進了國際上對金納米團簇熒光的研究。
伍志鯤來所組建課題組后，一直致力于金屬納米團簇熒光在環(huán)境離子識別（Small, 2012, 13, 2028;Nanoscale, 2012, 4, 4087）和細胞圖像（Nanoscale, 2015, 7, 18464）等方面的應用研究以及機理的進一步探討。課題組科研人員研究發(fā)現(xiàn)Au24團簇相對于其它尺寸接近、配體和價態(tài)相同的金團簇，具有特別強的熒光（Nanoscale, 2015, 7, 16200）。通過成功解析Au24團簇的結構并與部分其它結構進行對比(見圖2)，他們提出Au24團簇的較強熒光與團簇表面內(nèi)鎖的長釘(staple)及團簇內(nèi)核(kernel)與配體的充分鍵合有關(所有的金原子都與配體相連)（見圖3）。前者有利于增強團簇的剛性和減少振動引起的輻射損失，后者有利于電荷從配體轉移到內(nèi)核，這樣很好地將Au24團簇的較強熒光與它的獨特結構關聯(lián)起來，為熒光團簇的合成及預測提供了一些參考。值得一提的是，金、銀等納米團簇的發(fā)射波長一般落在近紅外區(qū)，另外還有尺寸小、細胞毒性小等優(yōu)點，但由于熒光量子產(chǎn)率一般低于10%，限制了其在生物醫(yī)藥等領域的引用，因而進一步提高貴金屬納米團簇的熒光量子產(chǎn)率，將對推動貴金屬納米團簇的應用(如生物圖像，見圖4)具有重要的意義。
上述研究得到了國家自然科學基金委、中科院、科技部、博管會、合肥物質(zhì)中心、合肥大科學中心及固體所的大力支持。
