纳米团簇的结构与性质
贵金属纳米团簇的基本性质
贵金属纳米团簇的基本性质2016-08-20 13:32来源：内江洛伯尔材料科技有限公司作者：研发部几种荧光贵金属纳米团簇的结构和发射波长范围贵金属纳米团簇是一种由Au、Ag或Pt等贵金属元素的几个至几十个原子组成核心，有机单分子如硫醇类化合物或生物分子如DNA、蛋白质等作为保护基团组装而成的核/壳型分子级聚集体。
Au、Ag或Pt等金属具有化学惰性且保护基团对生物体的毒副作用小，使得贵金属纳米团簇具有良好的生物相容性。
其粒径一般在2 nm以下，界于原子和纳米颗粒之间，具有一些特殊的性质而引起人们的广泛关注。
(1)光致荧光性当纳米颗粒的粒径减小到临界尺度——电子的费米波长(Fermi Wavelength)，即约0.7 nm，这时会导致产生很多分散的能级使其具有粒径尺寸依赖的荧光性质。
贵金属纳米团簇的量子产率一般为10%-70%。
(2)强磁性巯基保护的Au纳米颗粒具有很强的磁性，这是由于保护分子的巯基配体与Au纳米颗粒表面的原子以Au-S键紧密结合，导致Au纳米颗粒5d带上局部的孔洞增加，从而增强了局部的磁矩。
(3)催化性能 Ag NCs的形貌及其与氧化物底物之间的相互作用对Ag NCs的催化性能有很重要的影响。
AgNCs具有高表面积、高表面能和活化中心多的特点，因而具有极高的催化活性。
(4)生物相容性表面活化剂、硫醇类、胺类、羧基类化合物甚至树状聚合物等都能用来连接、固定、浓缩和促进贵金属纳米团簇的生成，生物大分子如蛋白质、核酸等也可以用来合成贵金属纳米团簇，这些连接物都为贵金属纳米团簇的形成提供了生物相容性的表面，使制得的贵金属纳米团簇能够用于细胞标记和活体细胞内及细胞外成像等。
(5)光稳定性贵金属纳米团簇具有良好的光稳定性，对典型的单纳米团簇于647 nm (23kW/cm2)处激发，在650 s内可收集到大于108个光子，同时，贵金属纳米团簇在实验有关时间尺度上(0.1—>1000 ms)无闪烁，可以用作长时间、实时、动态研究，如细胞间相互作用、细胞分化和示踪等。
氢化铜团簇团簇电催化二氧化碳还原为甲醇机理
氢化铜团簇团簇电催化二氧化碳还原为甲醇机理随着全球能源问题的日益突出，可再生能源的研究和开发成为各国科学家和工程师的重要课题。
在这一背景下，二氧化碳的高效转化成有机燃料成为关注的焦点之一。
而氢化铜团簇团簇在电催化二氧化碳还原为甲醇过程中扮演着重要的角色。
本文将对氢化铜团簇团簇电催化二氧化碳还原为甲醇的机理进行探讨。
一、氢化铜团簇团簇的结构和性质氢化铜团簇团簇是由若干个铜原子组成的纳米团簇，其结构呈现出特殊的几何形状。
氢化铜团簇团簇具有良好的电导性和催化活性，使得其在二氧化碳还原反应中表现出较高的效率和选择性。
氢化铜团簇团簇的结构和成分可以根据实验需要进行调控，从而得到具有特定性能的材料。
二、氢化铜团簇团簇的电催化机理氢化铜团簇团簇在二氧化碳还原反应中的催化作用主要源于其表面的活性中心。
这些活性中心能够吸附二氧化碳分子并促使其发生还原反应，生成甲醇等有机产物。
据研究显示，氢化铜团簇团簇的表面具有丰富的空位和局部电子富集区域，这使得其具有优异的催化性能。
氢化铜团簇团簇在电化学过程中的电荷转移和中间体的形成也对二氧化碳还原反应起着重要作用。
三、氢化铜团簇团簇电催化二氧化碳还原为甲醇的影响因素在氢化铜团簇团簇电催化二氧化碳还原为甲醇过程中，有许多因素会对反应的效率和选择性产生影响。
其中，温度、压力、电流密度等操作条件对反应的进行具有直接影响。
氢化铜团簇团簇的成分和结构也是影响反应性能的重要因素。
通过调控氢化铜团簇团簇的结构和表面物理化学性质，可以有效地提高二氧化碳还原为甲醇的效率和产率。
四、氢化铜团簇团簇电催化二氧化碳还原为甲醇的未来展望随着对可再生能源和低碳化社会的重视，氢化铜团簇团簇电催化二氧化碳还原为甲醇技术的研究将会得到更深入的发展。
未来，我们可以通过进一步调控氢化铜团簇团簇的结构和性质，设计出更具有催化效率和选择性的材料。
结合理论模拟和实验研究，可以深入理解氢化铜团簇团簇在二氧化碳还原反应中的作用机理，为其在工业化生产中的应用奠定基础。
8.2 金纳米团簇性质
金纳米团簇性质1 金纳米团簇性质如前文所述，由于原子精确的金纳米团簇的独特性，作为一个新方向，它在纳米科学里面，已经得到了广泛的研究。
首先，它有精确的分子式，类似于有机分子和有机金属化合物。
所以金属纳米团簇是无机、有机的混合化合物。
另外，它超小的尺寸(一般<2 nm)使它处于有机金属小分子和具有等离子共振表面的金属纳米颗粒之间。
这种超小的尺寸使其具有很强的量子尺寸效应，而这种强的量子尺寸效应赋予了它非常独特的物理化学性质(在大的纳米颗粒或者金块中未报道)。
比如，具有离散的电子能级，电子跃迁导致的多吸收带，强的荧光，磁性，非凡的催化性能，以及非线性吸收等。
这些独特的性质使金纳米团簇在催化，能量转换，生物医学，化学传感，生物标记等领域具有很好的潜在应用前景。
在这里，我们通过一些例子简单的介绍一下金纳米团簇的一些性质。
1.1 离散的电子能级对于金纳米团簇的离散型电子能级来说，最为典型的就是Au25(SR)18纳米团簇。
因为它不仅具有稳定的“superatom”结构，并且是较早得到的精确晶体结构的。
基于这些，一些科学家通过密度泛函理论对它的电子结构以及光谱吸收做出了进一步的研究。
在这里，我们通过Au25(SR)18纳米团簇来简单的介绍一下团簇的离散型能级。
首先，Akola等人推测“superatom'’的构型是Au25(SR)18纳米团簇稳定存在的原因所在，他认为每一个SR配体将会固定金原子6s轨道上的一个电子，因此剩余的8个电子正好符合“superatom”的概念。
但是这种概念就不能很好的解释[Au25(SR)18]0和[Au25(SR)18]+团簇能够稳定存在的原因。
后来，Jin 等人报道了它的能级图。
由图1.15(A)可以清晰的看到，它的能级之间都是有些间隙的，相对比较离散。
此外，我们也可以看出，Au25(SR)18纳米团簇的HOMO几乎是三重简并，对应的是超原子中的一系列P轨道，这些轨道应该属于Au13核。
纳米材料与团簇物理
《纳米材料与团簇物理》课程报告题目纳米团簇研究进展及其应用魏智强指导教师祝杰名姓908 级班级班082070205016 号学纳米团簇研究进展及其应用团簇和纳米体系是20世纪末发展起来的崭新领域，它所研究的对象是既不同于原子、分子，又不同于宏观物体的中间体系，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PentiumIII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。
因此纳米团簇的发现正为填补这段间隙的研究架起了桥梁。
虽然早在1857年Faraday就对纳米级的金属胶体的制备和性质有所研究，但真正有目的地研究纳米材料却还是在20世纪60年代，到20世纪80 年代这方面的研究进程才明显加快。
这是人们过去从未进行研究的新领域，是人们认识物质世界的新层次。
它的丰富物理内涵，对物理提出了新的挑战，也是当前物理与其它学科交叉最富有活力的热点领域。
团簇和纳米体系是研究介观尺寸范围内出现的物理现象和物理效应。
纳米体系物理主要是探索尺寸限域引起的量子尺寸效应、量子限域效应、宏观量子隧道效应和表面效应，从而导致纳米体系具有与常规宏观体系和微观体系不同的新的物理现象和效应。
由于纳米材料尺寸小，与电子的德布洛意波长、超导相干波长及激子玻尔半径相比拟，电子局限在一个体积十分小的纳米空间，电子输运受到限制，电子平均自由程很短，电子的局域性和相干性增强。
尺度下降使纳米体系包含的原子数大大降低，宏观固体的准连续能带消失了，表现了分立的能级，量子尺寸效应十分显著，这使得纳米体系的光、热、电、磁等物理性质与常规材料不同，出现许多新奇特性。
例如纳米材料的熔点显著降低。
一般来讲，纳米结构材料与其对应的正常态材料相比，密度降低，强度和硬度提高，塑韧性改善，扩散能力提高，热膨胀系数增加，导热性减小，弹性模量降低。
第三章-零维纳米结构单元4
3.2 纳米粒子的制备方法
纳米材料其实并不神密和新奇，自然界中广泛存在着天然形成的纳米 材料，如蛋白石、陨石碎片、动物的牙齿、海洋沉积物等就都是由纳 米微粒构成的。
人工制备纳米材料的实践也已有1000年的历史，中国古代 利用蜡烛燃烧之烟雾制成碳黑作为墨的原料和着色的染料， 就是最早的人工纳米材料。
气体冷凝法 氢电弧等离子体法
物理气相法
溅射法 真空沉积法
纳
加热蒸发法
米
混合等离子体法
合
粒
共沉淀法 沉淀法 化合物沉淀法
成 方 法 分
子
水热法 水解沉淀法
制 备
液相法 溶胶－凝胶法
冷冻干燥法 喷雾法
方 法
干式粉碎 粉碎法 湿式粉碎
类
热分解法
固相法 固相反应法
其它方法
3.2 纳米粒子的制备方法
第一种
根据制备原料状态分为： 固体法、液体法及气体法
第三章 零维纳米结构单元
3.1 零维纳米材料的基本概念 3.2 纳米粒子的制备方法 3.3 纳米粒子的表面修饰
1
3.1 零维纳米材料的基本概念
超细微粒
超细粉
Ultrafine particle Ultrafine Powder
纳米粒子 Nano-Particle
纳米团簇 Nano-cluster
零维 纳米
将聚合物和量子点结合形成聚 合物微珠，微珠可以携带不同 尺寸（颜色）的量子点，被照 射后开始发光，经棱镜折射后 传出，形成几种指定密度谱线 （条形码），这种条形码在基 因芯片和蛋白质芯片技术中有 光明的应用前景
7
幻彩量子点制防伪钞票
·由于量子点的大小反射出不同颜色的可见光 （2nm的量子点可反射出绿光，5nm则反射出 红光），美国曼彻斯特大学化学教授奥布赖恩有 意用它来制造新的防伪钞票上的条码。
8.1金纳米团簇
8.1⾦纳⽶团簇⾦纳⽶团簇1 ⾦属纳⽶团簇概述在各种最新开发的纳⽶材料中，⾦属纳⽶团簇在最近⼆⼗年内取得了巨⼤的进展。
⾦属纳⽶团簇通常⼩于2纳⽶，这⼀尺⼨相当于电⼦的费⽶波长，导致粒⼦的连续态密度分裂成离散的能级，⼀些独特的光学和电⼦性能由此产⽣，包括HOMQ-LUMO跃迁、光致发光、光学⼿性、磁性以及量⼦化充电等。
最近⼏年，贵⾦属纳⽶团簇，如Au、Ag团簇由于其合成简单、⽣物相容性好、稳定性好等优点，得到了⼴泛的研究，同时也有其他⼀些⾦属被合成出纳⽶团簇，如Cu和Pt，只是相对于Au、Ag纳⽶团簇，Cu、Pt纳⽶团簇的种类要少的多，特别是Cu在空⽓中对氧⽓较为敏感，因此想要制作出⼩于2纳⽶的铜团簇极具挑战性，⽽Pt团簇的合成⽅法⽬前还尚未成熟。
最近，过渡⾦属团簇也被研究者所报导，如铁和镍。
团簇的溶解度受配体极性和溶剂种类的控制，与疏⽔配体保护的纳⽶团簇相⽐，亲⽔配体保护的团簇在⽔中具有更好的溶解性，含羧基和磺酸基的亲⽔性配体可⽤于表⾯改性，增加团簇的⽔溶性，有助于扩展其⽣物应⽤。
不仅如此，由于⽔溶性配体的富电⼦性，⽔溶性团簇常常展现出⽐⾮⽔溶性团簇更强的荧光，这⼀性质也极⼤地扩展了⽔溶性团簇的⽣物应⽤。
近年来，以⽔溶性荧光团簇为荧光材料的研究发展迅速，⽔溶性团簇的应⽤也从最初的⾦属离⼦检测、细胞荧光成像发展到药物的递送、抗菌及癌症等重要疾病的治疗。
相较于其他荧光材料，⽔溶性团簇有着其独特的优势。
例如，相⽐于传统的有机染料荧光分⼦，团簇的光稳定性更加优异，光漂⽩性更低，更有利于进⾏⽣物样本中的长时间的荧光跟踪：相⽐于半导体量⼦点荧光材料，⽔溶性荧光团簇的潜在⽣物毒性更低，具有良好的⽣物相容性：相⽐于⼤尺⼨的纳⽶颗粒，⽔溶性团簇具有极⼩的尺⼨，这有助于其通过多种⽣物屏蔽，可以更容易地达到⽣物组织深处，较⼩的尺⼨也更有利于团簇从⽣物体中代谢出来。
⽽且，⽔溶性团簇的原⼦精确特性，有助于我们从原⼦层⾯更好地理解和解释团簇与⽣物体中⽣物分⼦的相互作⽤，更有助于团簇的理论与应⽤的发展。
团簇-团簇异质结
团簇-团簇异质结全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：团簇-团簇异质结是一种新型的纳米材料结构，由两种或多种不同类型的团簇组成。
团簇是由若干个原子或分子组成的超原子结构，在纳米尺度上具有特殊的性质和结构。
团簇-团簇异质结则是将不同种类的团簇结合在一起形成的一种复合结构，具有独特的物理和化学性质，被广泛应用于纳米科技领域。
团簇-团簇异质结的制备方法多样，包括传统的沉积、成核和生长方法，还有现代的原子层沉积和分子束外延等技术。
这些方法可以通过调控反应条件和参数来实现不同类型团簇的组合，从而获得不同性质的异质结。
通过精密的控制和设计，可以在团簇-团簇异质结中引入不同类型的团簇，实现有序排列或复杂结构的组合，从而控制其性质和应用。
团簇-团簇异质结具有许多优异的性能和应用前景。
由于不同种类团簇的组合，异质结的性质往往比单一团簇更加丰富和多样化。
团簇-团簇异质结在电子输运、光学响应、磁性和催化等方面表现出优越的性能，具有潜在的应用前景。
在光电子器件中，团簇-团簇异质结的光吸收和电子传输性质可以被设计用来提高器件的效率和性能。
在催化领域，不同类型团簇的协同作用可以提高催化剂的活性和选择性，有望应用于能源转化和环境治理。
团簇-团簇异质结还具有独特的应变和形变行为。
由于异质结中的不同类型团簇具有不同的晶格参数和缺陷性质，可以通过应力调控或形变实现新的物理性质。
团簇-团簇异质结在材料的应变响应和形变耦合方面具有潜在的应用前景，例如在应变传感器、柔性器件和形变记忆材料等领域。
在实际制备和应用中，团簇-团簇异质结仍面临一些挑战和难点。
异质结的制备需要精密控制和细致设计，难度较大。
异质结的稳定性和长期性能的问题也需要加以解决。
不同类型团簇的相互作用和界面效应等问题也需要深入研究。
随着纳米材料科学和技术的不断发展，团簇-团簇异质结将成为一个重要的研究领域，为未来纳米器件和纳米材料的开发提供新的思路和方法。
第二篇示例：团簇-团簇异质结是一种新型的纳米材料，具有独特的结构和性质，被广泛应用于能源存储、传感器、光电器件等领域。
负载型纳米团簇
负载型纳米团簇全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：负载型纳米团簇是一种被广泛研究和应用的纳米材料，它具有独特的结构和性质，可以用于各种领域的应用。
负载型纳米团簇通常由金属或半导体纳米颗粒组成，通过化学或物理方法将其固定在载体上，以实现特定的功能或性质。
负载型纳米团簇具有许多优点，首先是其高比表面积和活性。
由于纳米尺度的颗粒具有较大的比表面积，负载型纳米团簇具有更多的反应位点，因此具有更高的活性，可以用于催化、传感、药物递送等领域。
负载型纳米团簇具有良好的可控性和稳定性。
通过调控团簇的尺寸、形状和成分，可以实现对其性质的调控，同时负载在载体上可以增强其稳定性和再生性。
负载型纳米团簇在催化领域具有广泛的应用。
由于其高活性和可控性，负载型纳米团簇被广泛用于催化反应中，如催化还原、氧化、酯化等反应。
负载型铂纳米团簇可以作为高效的催化剂用于氧化还原反应，而负载型金纳米团簇则可以作为选择性催化剂用于选择性氧化和还原反应。
负载型纳米团簇还被广泛应用于生物医学领域。
负载型纳米团簇具有良好的生物相容性和可控性，可以用于药物递送、肿瘤治疗和医学成像。
负载型银纳米团簇可以用于抗菌和肿瘤治疗，而负载型铁氧化物纳米团簇则可以用于磁共振成像。
负载型纳米团簇是一种多功能的纳米材料，具有广泛的应用前景。
随着研究的深入和技术的发展，负载型纳米团簇将在催化、生物医学、能源、环境等领域发挥重要作用，为人类社会带来更多的益处。
第二篇示例：负载型纳米团簇是一种应用广泛的纳米材料，它具有较大的比表面积和高度可调控的结构特性，可用于催化、传感、药物输送和生物成像等领域。
负载型纳米团簇将金属或半导体纳米颗粒负载在其表面，形成具有特定功能的纳米材料，其性能在许多领域都表现出良好的应用前景。
负载型纳米团簇的特点在于其结构的复杂性和多样性。
负载型纳米团簇既可以是均匀负载在团簇表面的金属或半导体纳米颗粒，也可以是在团簇内部形成复杂的结构。
这些结构的形成可以通过控制不同的反应条件和操控不同的配位基团来实现，从而实现团簇结构的多样性和可控性。
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§3. 纳米团簇的结构与性质
3.1 稳定机构与幻数
在团簇质谱分析中、含有某些特殊原子数的团簇的强度呈现峰值，表明这些团簇特别稳定，所含的原子数称为“幻数”。
团簇的幻数序列与构成团簇的原子键合方式有关，金属键来源于自由价电子，半导体键是取向共价键、碱金属卤化物为离子键，惰性元素原子间的作用力为范德瓦尔斯键。
3.2 团簇的性质
3.2.1 量子尺寸效应
尺寸为2.8nm CdS团簇，光吸收谱进—步蓝移，在360nn处有一个宽峰，属1s跃迁。
而高频端也存在吸收峰。
实验表明纳米尺寸的半导体团簇具有可贵的光学性质，即分立的能级跃迂，并与团簇尺寸和形状密切有关。
3.2.2 电子性质
（1）下图给出了钾团簇电离势随n的变化”，可以看出直至n接近100，电离势具有与团族幻数相对应的峰值，在某一壳层连续填充的过程中，电离势近似一常数，但在每一个壳层填满时，电离势发生突变。
（2）带负电铜簇Cu-(n＝1-410)进行紫外光电子谱实验，通过观察光电子发射可以直接估计出相应中性团族的电子亲和势。
下图是有各种原子数的铜团簇Cu n-的光电子谱。
3.2.3光学性质
金属团簇对光的响应具有和单个原于及大块固体均不相向的特征。
下图示出尺寸分别为2nm，14nm和20nm铜闭簇嵌埋于氟化理基体中的光
吸收谱，下表给出了实验结果。
随着团簇尺寸增加．峰位红移．峰展宽。