大位阻效应激活硫醇保护银纳米颗粒的表面化学活性

2023年05月19日 阅读量:73

金属纳米颗粒因其独特的性能和广阔的应用前景,近年来一直是纳米材料的重要代表。然而,由于金属纳米颗粒的结构不确定性,电镜表征技术难以在原子水平上准确表征其表面结构,这直接导致我们难以理解这种材料独特化学性能背后的本质。近年来,金属纳米簇的快速发展,特别是对越来越多原子精确金属簇单晶结构的分析,为了解金属纳米材料的表面化学过程提供了重要的结构模型。鉴于硫醇保护银纳米颗粒表面化学反应活性差的特点,以原子精确的金属纳米簇为模型研究系统,厦门大学郑南峰研究小组和芬兰在韦斯屈来大学 Hä研究发现,大阻硫醇配体可以激活硫醇,保护银纳米颗粒的表面化学反应活性。

在本研究中,用大位阻环己硫醇配体(SR)作者成功地合成了具有金属特性的原子[Ag206(SR)Q纳米颗粒(Ag206)在表征其晶体结构的基础上,对硫醇保护银纳米颗粒的电子结构特性和表面反应活性进行了深入研究,发现即使是硫醇保护的金属纳米颗粒也具有优异的催化性能。在结构上,Ag206是Ag7@Ag32@Ag77@Ag90L72,具有近D5h对称性(L = SR-,Cl-与F-)同心四层核壳结构,可视为满足138电子闭壳层结构的超原子(q =-4)具有可逆的多电子氧化还原特性。配体的大空间阻力效应使一些硫醇倾向于使用两个或三个位置,而不是四个位置。这些配体在簇表面的键合作用较弱,即使配置能力相对较低(如F)-、也可以交换Ag206表面的部分硫醇配体, 导致Ag206具有高表面反应性和催化性。在此发现的基础上,他们进一步将Ag206应用于催化末端炔酰胺的分子内成环制备消炎。由于Ag206簇具有较高的表面活性,反应底将取代簇表面的配体,其末端炔基的电子将转移到Ag206并激活,然后将末端炔酰胺关闭,然后将电子从Ag206转移到相应的反应中间体,最终获得消炎产物。

相关研究结果表明,大阻硫醇组合使硫醇保护的银纳米颗粒也具有较高的表面化学反应和催化活性。该研究表明,原子精确的金属纳米簇是一种重要的模型系统,可以确定金属纳米材料的表面反应活性点,了解其催化机制,为高性能金属催化剂的理性设计提供重要指导。

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