近年来，超小金属纳米团簇凭借其独特的类分子特性，在生物成像、生物传感和生物治疗等领域取得了进展。在2023年12月11日发表在Polyoxometalates杂志上的一项研究中，青岛科技大学的一个研究团队提出了一种合成原子级精确的水溶性合金纳米团簇的设计。
“这项研究的新颖之处在于合成水溶性合金纳米团簇的新策略，并为对金属纳米团簇合金化机制的基本理解做出了进一步贡献，”来自青岛科技大学的研究作者荀远说。
“最终目标是开发这种合金纳米团簇作为新型纳米医学，”袁说。
纳米团簇仅由几个到数十个原子组成，其核心尺寸通常低于2纳米(nm)。由于团簇的超小尺寸接近电子的费米波长，连续的能带变成不连续的，变成具有离散能级的分子状。因此，纳米团簇表现出独特的光学和电子特性。
最近的研究表明，合金纳米团簇(通过将两种或多种不同金属组合成单金属纳米团簇框架而合成)如何能够产生新的几何结构和附加功能。研究人员可以“调整”金属纳米团簇的物理和化学性质(例如光学、催化和磁性)。此外，合金纳米团簇通常表现出协同或新的性能，超出了单金属纳米团簇的性能。
人们对潜在机会的兴趣日益浓厚，刺激了最近开发合成合金纳米团簇新方法的活动。但是，袁表示，虽然合金纳米团簇的尺寸、形态和成分与其物理化学性质之间的相关性已得到很好的证明，但围绕掺杂过程和动态响应的问题还没有得到很好的理解。
“这些未解决的问题主要是由于在原子水平上表征合金原子分布的技术限制，特别是在反应过程中实时跟踪合金纳米粒子中的动态杂原子运动方面，”袁说。
此外，这些方法大多数用于疏水性合金纳米团簇，这可能妨碍水溶性合金纳米团簇的合成。鉴于水溶性合金纳米团簇在生物医学和环境保护中的广泛应用，在原子水平上开发水溶性合金纳米团簇的新型合成策略具有重要意义。
带着这个目标，袁和合作者发现，接种银(Ag)离子可以触发从金(Au)基纳米团簇转变为合金Au 18-x Ag x(GSH)14纳米团簇，该合金可以进一步转化为成分-通过金 (Au) 离子固定 Au 26 Ag(GSH) 17 Cl 2纳米团簇，其中 GSH 表示水溶性谷胱甘肽。此外，可以在表面上识别Au 26 Ag(GSH) 17 Cl 2 纳米团簇的单个Ag原子的位置。
“我们的研究结果可以实现金属纳米粒子的原子级调控，并为生产特定应用的合金功能纳米材料提供平台，”袁说。“此外，所获得的合金化机制可能会加深对合金纳米材料性能的理解，有助于纳米材料、化学和纳米团簇科学领域新知识的产生。”
在未来的研究中，研究人员将利用这些合金纳米团簇进行生物医学应用。
该研究得到国家自然科学基金委和山东省泰山学者基金的资助。
其他贡献者包括青岛科技大学的钱书宇、刘丰宇、朱海光、刘勇、冯婷和窦新月。
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