金属团簇化学研究进展
金属团簇结构与催化反应活性关联分析
金属团簇结构与催化反应活性关联分析引言：金属团簇在催化领域中扮演着重要角色，其表面结构与催化反应的活性密切相关。
深入了解金属团簇结构与催化反应活性之间的关联对于优化催化剂的设计以及开发高效能的催化过程具有重要意义。
本文将讨论金属团簇结构对催化反应活性的影响，并探讨最新的研究进展。
一、金属团簇结构的定义与分类金属团簇是由几个金属原子组成的纳米尺度结构，其形状与金属原子的排列有密切关联。
根据团簇中金属原子数量的不同，可以将金属团簇分为多种不同的类别，如二聚体、三聚体、四聚体等。
此外，金属团簇的几何构型（如球形、片状、链状等）也是对其结构进行分类的重要依据。
二、金属团簇结构与催化反应活性的关联1. 电子效应金属团簇的电子结构对催化反应活性具有重要影响。
金属团簇的电子结构可调控反应物与团簇之间的相互作用，从而影响反应的速率和选择性。
例如，在催化合成反应中，金属团簇可以调节反应物的吸附能力，改变反应物在团簇表面上的构型，从而影响反应过渡态的形成和反应路径的选择。
2. 表面活性位金属团簇的表面活性位是催化反应活性的关键，其数量和性质决定了催化剂的活性。
金属团簇表面上存在不同类型的活性位，如金属原子、孤立的金属原子、边界位等。
这些活性位可以提供活性中心，吸附和活化反应物。
3. 尺寸效应金属团簇的尺寸也对催化反应活性产生显著影响。
通常情况下，小尺寸的金属团簇具有更高的反应活性。
这是因为小尺寸的金属团簇具有较高的表面积，提供更多的活性位，增加了反应物与催化剂之间的接触面积，从而促进了反应速率。
三、最新研究进展近年来，随着先进的表征技术的发展，研究人员对金属团簇结构与催化反应活性之间的关联进行了深入的研究。
例如，使用原子分辨扫描隧道显微镜（STM）技术，研究人员可以直接观察到金属团簇的原子结构，并研究其在催化反应中的催化活性。
此外，密度泛函理论（DFT）和分子动力学模拟等计算方法也被广泛应用于研究金属团簇的结构与催化反应活性关联。
纳米团簇研究新进展及其在分析化学中的应用
第17卷 第2期大学化学2002年4月今日化学 纳米团簇研究新进展及其在分析化学中的应用胡效亚Ξ 陈洪渊ΞΞ(南京大学化学化工学院 南京210093) 在对自然世界客观规律的探索中,研究对象的三维空间尺寸从大的方面说,利用射电天文望远镜已将视野延伸到200亿光年之遥的广漠太空;从小的空间而言,对“基本粒子”的穷究越来越往更小的单元延伸。
17世纪的自然科学家依靠个人的努力即可对宏观世界揭示出具有普遍意义的科学定律和自然界的基本规律,如今则需要学科渗透、交叉和联合。
化学家长期以分子、原子作为研究对象,曾忽略了对分子以上层次的研究。
如今,尽管包括化学家在内的广大科学家对分子以上、100nm以下的尺寸范围即介观层次的纳米微粒的艰辛研究已有二三十年,取得了可喜的成绩,但还仅仅处于起步阶段。
纳米粒子以其在三维空间中特殊范围的尺寸,展现了人们还不太熟悉的世界的另一面,给人类带来了新的认识、新的惊喜和新的希望,也将给我们的生活和社会带来新的色彩和变化。
从前科学家以宏观世界为基础建立的力学体系和以微观世界为基础建立的量子物理学和量子化学等一系列理论和规则,对介于宏观和微观之间的所谓介观世界(如纳米材料和超分子材料等)是否适用,需要重新认识和研究。
如今纳米材料正在各个领域被广泛地研究和应用,如量子器件、能量贮存、催化反应、新型材料、生物医学检测和宇航工业等等。
下面仅就纳米材料特性及其组装和在分析化学方面的应用研究的最新进展作一简要介绍。
1 纳米粒子的特性 现在普遍认为直径在1～100nm尺寸的颗粒属纳米粒子的范畴。
这段尺寸的粒子的物理和化学性质与大于100nm以上的粒子有着明显的区别,但对其性质远没有深入研究。
迄今人工合成的最新枝状化合物的最大尺寸还只能达到10nm,而光刻的最小尺寸也只能接近100nm (Intel公司Pentium III微处理器使用的光刻技术达到180nm),胶体粒子和纳米团簇的尺寸大体位于这一间隙。
金纳米团簇的研究进展及现状
第5期2020年10月No.5 October，2020纳米材料被称为“21世纪最有前途的材料”。
19世纪60年代，胶体微粒的成功研制标志着纳米材料研究之路的开启。
直到20世纪80年代，德国一位教授成功制备出了世界上第一块纳米材料[1]，其由粒径为6 nm 的金属铁粉原位加压而成。
目前，纳米材料涉及物理学、化学、环境学、医学等诸多领域[2]。
纳米材料是指由特征尺寸在1~100 nm 的极细颗粒构成的一种材料[1]。
对纳米材料的研究加深了人类对客观世界的认识，这将成为未来化学一个重要的切实可行的发展方向。
人们从20世纪60年代开始就对过渡金属团簇混合物进行研究。
近些年，金纳米晶体和金纳米团簇已经引起了科学家们的广泛关注，因为其不仅稳定，而且具有独特的光学和电学物理性质、化学性质以及催化性能。
金纳米颗粒包括金纳米晶体和金纳米团簇，其特殊结构必将使其成为21世纪至关重要的新型发展材料[1]。
1 金纳米团簇的合成与制备目前，金纳米团簇的制备合成方式主要有：（1）直接合成方法。
（2）配体刻蚀法。
（3）反伽伐尼还原法[3]。
1.1 直接合成法直接合成法是应用金纳米团簇在不同溶剂中的溶解度的差别，使其可以与其他杂质分离，达到提纯目的。
这类合成与分离方式为以后获得单晶结构提供了重要的基础。
在2007年，有学者利用金纳米团簇在不同溶剂中溶解度不同的特点对合成方法进行了改进，通过控制温度和还原剂加入时的速度等方法，成功地获取了大小均匀一致而且产率较高的[Au 25(SR)18][4]。
1.2 配体刻蚀法在使用配体刻蚀法制备金纳米团簇时，最主要的是要合成Au 38。
首先让GSH 作配体，利用直接合成法先合成出Au-SG 前驱体，其次用硼氢化钠还原[5]，在反应完成后，将过量的GSH 和其他杂质洗净，最后在高温下用过量苯乙硫醇除掉黑色的产物，得到最终产物Au 38。
为了能够更好地了解运用配体刻蚀法时金纳米团簇尺寸逐渐集中的过程，有学者利用紫外-可见吸收光谱仪和基质辅助激光解吸电离（MatriX Assisted Laser Desorption Ionization ，MALDI ）质谱仪器对这个过程进行观测[3]。
团簇化学研究取得新进展
团簇化学研究取得新进展
日前，国家基金创新群体项目“团簇化学”创新群体举行首次研究进展交流会，介绍了单晶电导与介电性质的测量方法与应用、表面质谱技术及其应用于气味传感、纳米材料的气敏测量及其与晶面的相关研究等方面取得的最新进展。
据介绍，由郑兰荪教授负责的“团簇化学”创新群体项目于2007年立项。
该科研团队的研究方向从气相团簇的激光产生和研究，拓展至团簇的宏观量制备，以及团簇材料的化学组装、团簇的生长与相关纳米结构的制备等方面。
科研人员研制了多台原位产生和研究团簇离子的大型仪器，建立了液相电弧等合成方法，制备了一系列新型团簇，近5年已在著名学术刊物发表了210篇研究论文，其中“碳原子团簇的形成研究”获国家自然科学奖二等奖。
科研人员今后将着重研究团簇的功能化和团簇材料的性能测试，以及构效关系，实现团簇性能的结构调控，开拓团簇的应用领域。
《纳米(ZnO)_n团簇及其吸附重金属离子的结构及性质的DFT研究》范文
《纳米（ZnO）_n团簇及其吸附重金属离子的结构及性质的DFT研究》篇一一、引言随着纳米科技的发展，纳米材料因其独特的物理和化学性质，在诸多领域中发挥着重要作用。
氧化锌（ZnO）因其优良的光学、电学及催化性能，被广泛应用于光电器件、传感器、催化剂等。
而ZnO团簇作为纳米材料的基本单元，其结构和性质的研究对于理解纳米材料的性能至关重要。
本文采用密度泛函理论（DFT）方法，对纳米（ZnO）_n团簇及其吸附重金属离子的结构及性质进行了研究。
二、方法与理论本研究所采用的理论方法是密度泛函理论（DFT），它是一种量子力学方法，可用于计算多粒子系统中电子的结构和动力学行为。
对于ZnO团簇及重金属离子吸附的研究，我们选取了合适的基组和交换关联函数，以确保计算的准确性和可靠性。
三、（ZnO）_n团簇的结构及性质（一）结构特点通过DFT计算，我们发现（ZnO）_n团簇具有独特的结构特点。
随着n的增加，团簇的形状和大小发生变化，但其基本的Zn-O配位结构保持不变。
每个锌原子周围都有四个氧原子配位，形成四面体结构。
这种结构使得（ZnO）_n团簇具有良好的稳定性和优异的物理化学性质。
（二）电子性质通过分析计算得到的电子密度分布和能带结构，我们发现（ZnO）_n团簇具有半导体性质。
其电子在能级间的跃迁行为决定了其光学和电学性质。
随着n的增加，能级间的能隙逐渐减小，使得团簇的导电性增强。
四、重金属离子在（ZnO）_n团簇上的吸附（一）吸附结构我们研究了多种重金属离子在（ZnO）_n团簇上的吸附行为。
通过DFT计算，我们发现重金属离子与团簇之间存在较强的相互作用，形成了稳定的吸附结构。
吸附后，重金属离子的电子结构和化学性质发生了显著变化。
（二）吸附性质吸附重金属离子后，（ZnO）_n团簇的电子性质和光学性质发生了明显变化。
这主要是由于重金属离子的引入改变了团簇的电子密度分布和能级结构。
此外，吸附过程还可能影响团簇的催化性能和稳定性。
金属簇的制备和性质研究
金属簇的制备和性质研究金属簇是指由几个到几十个金属原子构成的芯片状或球形聚集体，其尺寸通常在1-3纳米之间。
金属簇的研究从20世纪70年代开始，随着纳米科学领域的发展而得到了广泛的关注和研究，成为研究纳米材料和纳米器件领域的重要课题之一。
本文将从金属簇的制备和性质两个方面进行探讨。
一、金属簇的制备金属簇的制备方法主要包括物理方法和化学方法两种。
物理方法主要是采用离子束蒸发、分子束蒸发、磁控溅射、电子束蒸发等技术，利用高能量束撞击金属靶材，从而使金属原子从靶材表面脱离并聚集形成金属簇。
化学方法主要是采用还原、共沉淀、微乳等技术，在水相或有机相中控制金属离子的还原和聚集，从而制备金属簇。
单纯的物理方法往往得到的是一些分散的金属原子，需要结合化学方法进行后续的处理，例如在还原的过程中加入辅助剂、表面活性剂等，将金属原子还原形成金属簇，控制其形貌和大小，提高其稳定性和分散性。
同时，还可以利用保护分子辅助制备金属簇，如利用巯基、膦基等保护基控制金属原子的聚集形成金属簇。
二、金属簇的性质研究金属簇的尺寸和形貌对其性质具有决定性影响，因此需要对金属簇的性质进行深入的研究。
主要包括光学、电子学、磁学等方面的研究。
（一）光学性质金属簇的光学性质主要包括吸收、荧光、表面增强拉曼散射等。
金属簇的吸收特性与其大小和形状有关，较小的簇体积相对较小，表面原子数目较少，吸收波长对应较短。
同时，表面局部场强度大，容易出现表面增强拉曼效应。
荧光特性则与簇表面的分子组成有关，例如金簇表面修饰巯基会出现荧光效应，利用共沉淀等方法控制其修饰可以制备出具有不同荧光特性的金簇原料。
（二）电子性质金属簇的电子性质主要包括电学或电化学性质。
金属簇运用于纳米电子学和纳米器件等领域中，因此其导电性、电化学反应活性等也成为了研究的重点。
金属簇的导电性能受其尺寸和化学修饰的影响，而且在DFT（密度泛函理论）计算中发现小尺寸的金簇能量更为紧密，具有更高的荷电轨道态密度和电子密度，这使其更有导电性能，更易形成电子键。
金属团簇 减少了金属原子的平均配位数
金属团簇减少了金属原子的平均配位数最近的研究发现，金属团簇的形成会导致金属原子的平均配位数的减少。
金属团簇是一种由数个金属原子组成的分子，通常呈现出球状或多面体结构。
与单个金属原子相比，金属团簇的化学性质更为复杂，因此也更为有趣。
研究人员使用计算机模拟的方法，研究了不同大小的银团簇的化学性质。
他们发现，随着银团簇的大小增加，金属原子的平均配位数逐渐减少。
具体来说，当团簇中的金属原子数量大于13个时，平均配位数就会显著降低。
这一现象是由于金属团簇的结构特殊所导致的。
在金属团簇中，金属原子之间的距离通常非常短，因此它们之间的相互作用也更为强烈。
这种强烈的相互作用会导致金属原子周围的环境发生改变，从而导致平均配位数的降低。
这项研究不仅有助于我们更好地理解金属团簇的化学性质，还为设计新的金属团簇材料提供了新的思路。
未来，这些材料可能被用于各种领域，如催化剂、储能材料等。
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金属纳米团簇的合成及催化性能研究
金属纳米团簇的合成及催化性能研究金属纳米团簇是指金属原子数量在2~100个之间的纳米粒子。
随着纳米技术的发展，不同的制备方法已经被开发出来，其中包括溶剂热法、物理气相沉积法、化学气相沉积法、水相法等。
合适的合成方法可以控制金属纳米团簇的大小和形状。
此外，金属纳米团簇还具有催化性能，在化学合成、环境处理等领域得到广泛应用。
一、溶剂热法合成金属纳米团簇溶剂热法是一种常见的合成金属纳米团簇的方法。
其基本步骤包括将金属前驱物和表面活性剂混合后在高温高压的溶剂中反应。
利用该方法可以合成各种金属纳米团簇，如银、金、铂、铜等。
二、物理气相沉积法制备金属纳米团簇物理气相沉积法是通过磁控溅射或电子束蒸发将金属蒸发到反应室中，然后通过控制气氛和压力使金属沉积到基底上，形成纳米团簇。
该方法可以制备出具有较好形貌和尺寸的纳米团簇。
三、化学气相沉积法制备金属纳米团簇化学气相沉积法是利用金属有机物等物质，在高温下在气相中分解生成金属纳米团簇，并使其在载体上沉积形成薄膜或粉末。
该方法可以制备出多种金属的纳米团簇，如Au、Ag、Pd、Ni等。
四、水相法合成金属纳米团簇水相法是一种简单易行的合成金属纳米团簇的方法，将金属盐和还原剂同时加入水中反应，生成纳米团簇。
此法是一种简单便捷的制备方法，它能够合成大小均匀、分散性好、化学性质稳定的高精度金属纳米团簇。
五、金属纳米团簇的催化性能金属纳米团簇在催化领域应用广泛。
它们具有许多优异的方面，在催化反应中表现出高效、高选择性、费用低等特点。
金属纳米团簇被广泛应用于化学合成、环境保护、生物医药等领域。
例如，在催化氧化反应中，金属纳米团簇具有良好的催化活性和高的选择性。
在环境处理中，金属纳米团簇可以对废水中的有害物质进行高效分解。
在生物医药领域，金属纳米团簇可以用于抗菌、抗癌等治疗方法。
六、总结金属纳米团簇的合成和催化性能研究是当前的热点领域之一。
随着纳米技术的发展，越来越多的制备方法和应用领域被发掘出来。
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催化 领域 中的潜在 应 用 已引起 人们 的极 大兴趣． 陈卫 等 的论 文“ 金属 纳 米 团簇 在 电化 学领 域 的应 用研 究
第 ４ １ 卷 第 ６期
Ｖｏ １ ． ４ １ Ｎｏ ． ６
【 专栏 主持人 语】
金属 团簇 化 学 研 究 进 展
朱 满 洲
（ 安徽大学 化学化工学院 ， 安 徽 合肥 ２ ３ ０ ６ ０ １ ）
金 属 纳米 簇 作为 一种凝 聚 态物质 的初 始 形 态， 在 金 属 原子 向金 属 纳 米 颗粒 形 成 的过程 中起 着桥
性材 料． 综上 所述 ， 金 属 纳 米 团簇 具 有 十 分 广 泛 的 理 论 研 究 和 实 际应 用 价 值 ．
该 专栏选 取 了 ４篇 具有代 表性 的论文． 这 些 论 文 分别 对 巯基 保 护 的单 分 散金 属 纳 米 团簇合 成 方 法 的 建立 与发展 、 金 纳米 团簇 在催化 应 用 的研 究进 展 、 金 属 纳米 团簇 在 电化 学领域 的应 用研 究进 展 、 水 溶 性 荧光金 属 纳米 团簇 的生 物效应研 究进展 等 方 面进 行 了综 述。 该 专栏 集 中阐述 了金 属 纳 米 团簇 的发展
历史、 现 状 以及 前 景 ， 目的是 为感 兴趣 的科研 工作者提 供 具 有代 表 性 的 文献 信 息 ， 同 时也 为金 属 纳米 团
簇 研 究 人 员提 供 引 导 作 用 ．
正 如 前 文提 到 ， 单 个原 子的 改 变会 对金 属 纳 米 团簇 的 几何 结构 以及 电子 结 构 产 生显 著 的 影 响． 同
件 合 成 不 同尺 寸 的 金 属 纳 米 团簇 的 反 应 现 象． 此外， 该 文 总 结 了在 纳 米 团 簇 领 域 中 ， 不 同 结 构 所 导 致 的
光学、 磁 性等 性质 变化 的原 因． 相 信该 文能 够 引起 金 属纳 米 团簇合成 以及 结构 解析 两个领 域 学者 的研 究
文“ 金 原 子簇催 化 应 用的研 究进展 ” 主要 对金 纳米 团簇在催 化反 应 中的应 用进行 综 述 ， 例如 ， 选择 性 氧化 和加 氢， 及 Ｃ —Ｃ偶联 反 应等． 同时 ， 该文 也研 究 了金 纳 米 团簇催 化剂 的尺 寸 效应 、 配体 效应 以及 杂金 属 掺 杂等 对催化 性质 的影 响． 最后 ， 该文在 原 子尺 度 上 综 述 了金 纳 米 团簇 催化 的机 制 ， 以及 结构 一 活性 的
凝 聚 态物 质物 理化 学性 质 （ 如 光 学、 催化性质） 的 机 制 阐述 方 面有 着不 可取 代 的理 论研 究价 值． 不仅 如 此， 由 于金 属 纳米 团簇 的尺 寸接近 于激 子 波 尔半径 ， 载 流子 的运 动 受到 限制 ， 连 续 的能带 结构发 生分 裂 ， 导 致金 属纳 米 团簇往往 表现 出独 特 的光 学 、 磁性、 催化 等 性质． 此外， 研 究发现 纳 米 团簇 中单 个原 子 的改 变就 可 以显 著影 响 团簇 整体 的物 理化 学性 质． 所 以， 研 究纳米 团簇有 助 于材料 学 家们发 现 更 广 阔的功 能
展” 对 巯 基 保 护 的 金 属 纳 米 团簇 合 成 方 法 的 建 立 以及 发 展 进 行 了 综 述 ． 该 文 从 纳 米 团 簇 初 期 的 多 分 散 性
合成 ， 到 近年 通过优 化条 件进 行均 一尺 寸合 成 方法 的进展 进行 介 绍 ， 并详 细分析 了使 用不 同配体 或者 条
兴趣 ．
对 于金属 纳 米 团簇 ， 由于其 大部 分金属 原 子可 能暴 露 于表 面 而具有 高 的表 面原子 比例 ， 并且纳 米 团
簇独 特 的原子 堆积 方式使 其 具有 高的表 面 活性 ， 因此 其 在 催 化 反 应 中具 有 重 要 的 应 用 价 值 ． 李 杲 等 的论
２
安徽大学学报 （ 自然 科 学 版 ）
第 ４ １ 卷
进展 ” 首先 对金 属 纳 米 团簇在 电催 化性 能方 面的 研 究进 行 了综述 ， 接 着介 绍 了金 纳 米 团簇 的 电催 化 应
用． 此外， 该 文也 简要介 绍 了金 属纳 米 团簇 在 电化 学传 感 中的 应 用． 文章 最后 指 出 电化 学稳 定性 这 一 具
梁作 用． 由 于其具 有独 特的 物理 化学性 质 ， 近 年 来 受到 了广泛 关注 ， 对 其的 研 究 已成 为 纳 米领 域的 一 个
热 点课 题 ．
相 比 于传 统 的金属 纳 米颗粒 ， 金 属纳 米 团簇 由于具有 单一 分布 的尺 寸 以及 精确 的结 构等特 点 ， 在 对
２ Ｏ １ ７年 １ １月
安徽大学学报 （ 自然 科 学 版 ）
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ａｎ ｈ ｕ ｉ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ（ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｅ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ）
Ｎｏ ｖ ｅ ｍｂ ｅ ｒ ２Ｏ１ ７
有挑 战性 的 问题 ， 并且 对 该领域 的研 究方 向进 行 了展 望． 该 文 能为金 属 纳米 团簇 电化 学性 质研 究的 工作
时， 对 团簇进 行精 确 的表 征 有助 于 了解结 构 与性 质 之 间 的 关 系． 因此 ， 如何 合 成 具有 精 确 结构 的金 属 纳 米 团簇是 该领 域 首要 解决 的 问题 之 一 ． 汪 恕欣 等 的 论 文“ 精 确 尺 寸巯 基 保 护 贵金 属 纳 米 团簇 的 合 成进