近日,中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所生物分子結(jié)構(gòu)表征新方法研究組(1822組)王方軍研究員、基元反應(yīng)動力學(xué)研究組(1111組)肖春雷研究員、催化反應(yīng)化學(xué)研究組(501組)李杲研究員等合作,采用大連相干光源搭建的193nm脈沖紫外激光解離—質(zhì)譜裝置,實現(xiàn)了有機配體保護金團簇前體高效氣相解離生成400余種不同尺寸、組成和電荷價態(tài)金納米團簇,并對其穩(wěn)定性和化學(xué)性質(zhì)進行了高通量原位質(zhì)譜表征。
金屬納米團簇具有離散電子結(jié)構(gòu)和類分子性質(zhì),被廣泛認為是金屬原子和金屬材料之間的過渡相。近年來,外周有機配體保護的金納米團簇材料的合成方法發(fā)展迅速,并在光化學(xué)、催化、化學(xué)傳感、藥物輸送和生物成像等跨學(xué)科研究領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。金屬團簇的化學(xué)性質(zhì)取決于其尺寸、組成及幾何和電子結(jié)構(gòu),無法通過已知團簇性質(zhì)進行理論推測。制備具有不同尺寸、結(jié)構(gòu)的金屬納米團簇并對其化學(xué)性質(zhì)進行高通量表征具有挑戰(zhàn)。

本工作中,科研人員采用大連相干光源搭建的193nm脈沖紫外激光解離—質(zhì)譜裝置實現(xiàn)了有機配體保護金團簇前體的高效氣相解離;發(fā)現(xiàn)193nm激光可以在單脈沖5ns內(nèi)實現(xiàn)外周保護配體的有效剝離,并且可誘導(dǎo)內(nèi)部金屬團簇核發(fā)生充分碎裂,從而生成400多個Au納米團簇,包括不同尺寸(1至142個Au原子),多種電荷(1+,2+,3+)、S/P摻雜和Ag合金團簇。此外,研究人員進一步采用Orbitrap高分辨質(zhì)譜檢測器對不同Au團簇的穩(wěn)定性、相對豐度、對CO和C2H2化學(xué)吸附性質(zhì)等進行了高通量同時原位質(zhì)譜表征,相關(guān)結(jié)果為新型功能性金屬納米團簇的發(fā)現(xiàn)和活性研究提供了新平臺。
王方軍團隊和肖春雷團隊通過交叉學(xué)科聯(lián)合攻關(guān),在大連相干光源搭建了193nm準分子激光解離—高分辨質(zhì)譜裝置。在前期工作中還實現(xiàn)了配體保護Pt團簇高效光解離和單原子Pt+離子催化烷烴轉(zhuǎn)化機制研究(J. Phys. Chem. Lett.,2020)。
相關(guān)研究成果以“In-situ Generation and Global Property Profiling of Metal Nanoclusters by Ultraviolet Laser Dissociation-mass Spectrometry”為題,于近日發(fā)表在SCIENCE CHINA Chemistry。(文/圖 轉(zhuǎn)自中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所所主頁)
文章鏈接:https://doi.org/10.1007/s11426-022-1267-5