Nature Materials：沸石中合成銀團簇的突破性進展

Simon 7年前 (2016-06-14) 4809瀏覽

銀納米團簇具有優良的光學性能以及特殊的重金屬敏感性，在熒光標記、生物成像、重金屬識別方面都具有很大的應用潛質。然而銀團簇的研究中仍舊面臨著很多問題和挑戰，其中包括如何快速，高產率地合成原子精確的單層保護銀納米團簇；以及銀團簇的化學活性很高，在溶液中性能不夠穩定等問題。

最新發表在nature materials上的文章為解決以上問題提供了新的思路，在這項研究中，研究人員利用沸石特殊的剛性框架為銀團簇提供了一個合適、穩定的環境，并通過調諧沸石的拓撲結構和靜電性能，使得銀團簇實現了分子自組裝，實現了對銀團簇的光電特性的高度控制。實驗進一步發現，通過協調框架外金屬離子的遷移率，能夠使得銀團簇的熒光量子產率大大提高，甚至接近100%。這些發現使得銀團簇具有了一些在其他方式下無法實現的性能，挖掘了銀團簇應用在光電子與生物成像等方面的潛力，為該技術的進一步發展奠定了基礎。

圖文導讀：

圖1為沸石兩種原始的架狀結構以及銀團簇的俄歇電子譜。兩種架狀結構分別名為林德A型和八面體型（沸石的八面體型又根據Si/Al的原子比不同，分為了FUAX和FUAY兩種）。兩種不同的架狀結構中包含的銀團簇有所不同。在它們的晶體內，分子像搭架子似地連在一起，中間形成了很多空腔，在這些空腔中形成了銀團簇。

圖1：沸石的架狀結構以及銀團簇的俄歇電子譜。（a）LTA和FAU沸石的架狀結構和基本組成單元的示意圖。多邊形的頂點代表了T原子的位置（Al或者Si）。為了結構清晰，氧原子和反離子沒有標出。（b）四種物相的俄歇電子譜：分別為金屬銀，氧化銀，以及在煅燒的沸石中形成的銀團簇（FAUX[Ag₁₁]）。

圖2a為光電子光譜圖。實驗中使用了檢測了在結構明確的孔洞中形成的金屬團簇的電離電位，此結果表明了銀荷載對電離電位的變化具有明顯的影響。圖2b為四種架狀結構不同的沸石中銀團簇的電離電位與輻射能量關系圖，發現了隨著電離電位的升高，輻射能量增大。并以此來表明沸石中銀團簇的自組裝與沸石的幾何形狀及環境的電荷密度息息相關。

圖2：經熱處理含銀團簇沸石的離子電位。（a）由空氣中的光電子能譜確定的四種已煅燒沸石(FAUX、FAUY、3A[Ag₁₂]和4A[Ag₁₂])的離子電位。（b）四種銀團簇充分交換的沸石(FAUX[Ag₁₁]，FAUY[Ag_6.5]，3A[Ag₁₂]和4A[Ag₁₂])的峰值發射能量和離子電位的關系圖。

圖3表明了盡管3A[Ag₁₂]和4A[Ag₁₂]沸石的成分相同，但是出乎意料的，它們的光學性能并不相同。

a圖為3A[Ag₁₂]沸石結構的激發-發射光譜，隨著銀荷載的增加，出現了新的紅移峰，這表明了更大的團簇正在形成。b圖中，4A[Ag₁₂]、FAUX、FAUY沸石的激發-發射光譜的情況都有所不同。c圖則展示了熒光量子產率與單位結構中銀原子含量的關系，在較高的銀荷載時，FAUX和FAUY沸石中的熒光量子產率非常接近。