超級催化劑——金十二面體
A*STAR的研究人員想出了一個辦法來破壞金納米簇的穩定性,使它們形核長大成完美的十二面體晶體結構。這種特殊的多面體擁有高能晶面,因而能提高對化學反應的催化效率,且可以作為特異性傳感器的活性吸附位。

通常,金納米簇是在有機穩定劑氛圍中,通過化學還原金-硫前驅體得到的。這個過程中會產生高度對稱的金晶核,其表面附有一層硫醇保護膜。對研究人員來說,雖然已經開發出了許多技術來改變納米簇的尺寸以調整其物理和化學性質,但是通過破壞金—硫醇鍵的穩定性以便進一步轉化成多面體晶體依舊具有相當大的挑戰性。
為了解決這個問題,由高性能計算研究所的張勇為和新加坡A*STAR材料研究與工程研究所的韓明勇率領的跨學科團隊研究了通過氧化表面硫醇保護層來破壞金簇的穩定性。這個方法雖然理論上是可行的,但是存在一個問題:在之前使用臭氧氧化的嘗試中,金原子發生了聚集而形成不可控的宏觀沉淀。
研究人員通過實驗發現,如果使用氧化性稍弱的過氧化氫來代替臭氧,會產生更好的結果。他們先合成由牛血清白蛋白(BSA)包覆的穩定的25-原子金團簇溶液。質譜分析儀顯示當過氧化氫加入到溶液中時,金硫共價鍵慢慢開始斷裂。
這種不穩定的過氧化物起初產生更小的11-原子金團簇,在室溫下保持一個星期后,這些團簇就轉變成了十二面體(見上圖)。
在高分辨率掃面電子顯微鏡觀察發現,十二面體的每個面都有相同的晶體學取向 [110],這在金晶體中是很罕見。關貴建所做的密度泛函理論計算表明:氧化反應中從BSA脫離的氨基酸吸附于納米顆粒上,促使金晶核沿著除 [110]以外的各晶向均勻生長,終導致了這種特殊結構的產生。
關先生解釋說,在金晶體的標準結構中,[110]取向的晶面具有高的表面能,對靶分子具有較強的吸引力,因而能大大提高催化能力。“例如,我們發現在4-硝基苯酚和4 - 氨基苯酚的還原過程中,十二面體納米金簇相較金納米顆粒的催化能力提高了足有四倍。”
更多信息請關注復合材料信息網http://cnfrp.net

通常,金納米簇是在有機穩定劑氛圍中,通過化學還原金-硫前驅體得到的。這個過程中會產生高度對稱的金晶核,其表面附有一層硫醇保護膜。對研究人員來說,雖然已經開發出了許多技術來改變納米簇的尺寸以調整其物理和化學性質,但是通過破壞金—硫醇鍵的穩定性以便進一步轉化成多面體晶體依舊具有相當大的挑戰性。
為了解決這個問題,由高性能計算研究所的張勇為和新加坡A*STAR材料研究與工程研究所的韓明勇率領的跨學科團隊研究了通過氧化表面硫醇保護層來破壞金簇的穩定性。這個方法雖然理論上是可行的,但是存在一個問題:在之前使用臭氧氧化的嘗試中,金原子發生了聚集而形成不可控的宏觀沉淀。
研究人員通過實驗發現,如果使用氧化性稍弱的過氧化氫來代替臭氧,會產生更好的結果。他們先合成由牛血清白蛋白(BSA)包覆的穩定的25-原子金團簇溶液。質譜分析儀顯示當過氧化氫加入到溶液中時,金硫共價鍵慢慢開始斷裂。
這種不穩定的過氧化物起初產生更小的11-原子金團簇,在室溫下保持一個星期后,這些團簇就轉變成了十二面體(見上圖)。
在高分辨率掃面電子顯微鏡觀察發現,十二面體的每個面都有相同的晶體學取向 [110],這在金晶體中是很罕見。關貴建所做的密度泛函理論計算表明:氧化反應中從BSA脫離的氨基酸吸附于納米顆粒上,促使金晶核沿著除 [110]以外的各晶向均勻生長,終導致了這種特殊結構的產生。
關先生解釋說,在金晶體的標準結構中,[110]取向的晶面具有高的表面能,對靶分子具有較強的吸引力,因而能大大提高催化能力。“例如,我們發現在4-硝基苯酚和4 - 氨基苯酚的還原過程中,十二面體納米金簇相較金納米顆粒的催化能力提高了足有四倍。”
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