在纳米科技领域,当金属纳米颗粒尺寸缩小至特定临界值时,其电子结构会经历从连续能带的金属态向离散能级的分子态转变。这一转变的精准临界尺寸,一直是该领域亟待攻克的核心问题,尤其对于化学性质活泼的金属纳米粒子而言,稳定性差、尺寸分布不均等问题更是阻碍了相关研究的深入推进。
近期,一项突破性研究为解决这一难题带来了曙光。中国科学院合肥物质院固体所的伍志鲲研究员与庄胜利研究员团队,携手安徽师范大学陆洲教授团队,创新性地引入了即时“反伽伐尼还原”合金化策略。该策略通过利用银纳米团簇独特的“反伽伐尼还原”特性,实现了对共存锌离子的还原。对照实验显示,锌离子在常规条件下无法自行还原,必须借助银团簇的辅助作用才能完成这一过程。通过这种合金化手段,银纳米团簇的稳定性得到显著增强,产率大幅提升。
研究团队成功制备出含有1796个原子的银-锌纳米团簇(Ag252Zn2),不仅实现了克级规模的合成,单晶质量达到2.40克,其产率更是较现有同类材料单晶产量纪录提高了两个数量级。这一成果标志着大尺寸银纳米团簇的规模化制备取得了重大进展。
在实现规模化制备的基础上,研究团队进一步开发出一种高精度的去合金化技术。该技术如同“原子手术”般精准,能够在不破坏纳米粒子整体框架结构的前提下,精确移除两个锌原子,最终获得1.03克纯银纳米团簇晶体(Ag252)。这一技术突破为纳米粒子的纯化提供了全新思路。
值得注意的是,该研究还对纳米粒子金属性的判断方法提出了重要修正。研究发现,传统依赖稳态吸收光谱判断金属性的方法存在局限性,可能导致误判情况的发生。这一发现为纳米粒子性质的准确评估提供了重要参考。
这项研究不仅为临界尺寸附近活泼金属纳米粒子的单分散、大规模制备提供了有效解决方案,更通过揭示其特殊性能,为纳米科技的基础研究和应用开发奠定了坚实基础。该成果已发表于国际知名学术期刊,相关研究得到了国家自然科学基金、安徽省自然科学基金等项目的资助支持。