原位XAFS研究纳米材料形貌和结构调控取得重要进展

纳米尺度材料的形貌与结构的可控制备一直是纳米研究领域的一个核心问题。认识纳米材料生长过程中的初期成核（团簇尺寸<1nm）阶段将对生成产物的最终形貌和结构具有极大的指导作用，然而，由于现有实验技术手段限制等原因，目前人们对于成核阶段所发生的物理和化学过程，以及不同成核路径如何影响最终形貌和结构的机理知之甚少。近期，中国科学技术大学韦世强教授、谢毅教授、吴自玉教授的联合研究组在利用同步辐射原位X射线吸收精细结构谱学(XAFS)技术研究贵金属纳米颗粒与纳米团簇的形貌、结构以及性能调控的动力学研究领域取得重要进展，连续在化学学科权威刊物上发表了系列研究论文（J. Am. Chem. Soc. 134, 9410 (2012)；134, 17997 (2012)；J. Phys. Chem. C 116, 24999 (2012)）。

该研究团队利用北京同步辐射装置（BSRF）原位时间分辨XAFS/UV-Vis联用新方法，研究了铂纳米颗粒在化学液相合成过程中的形成不同纳米颗粒形貌的初期成核动力学过程，观察到通过改变还原剂的强弱可以操纵还原反应初期成核的路径，即形成线性‘PtnClx’多聚体和形成球形零价‘Ptn’团簇，进而实现Pt纳米晶形貌的一维和零维形貌的控制合成《J. Am. Chem. Soc. 134, 9410 (2012)》。

针对金纳米团簇的可控合成和结构控制这一新兴热点问题，该研究团队利用原位时间分辨XAFS/UV-Vis联用新方法又发现利用溶剂交换反应能成功脱附由十三个金原子组成的纳米团簇表面覆盖的硫醇分子，导致金团簇原子排列的对称性从二十面体到立方八面体的转变，团簇整体的电子结构从类分子的半导体特性转变为金属性，从而使光学性质和电学性质发生突变《J. Am. Chem. Soc. 134, 17997 (2012)》。

原位时间分辨XAFS/UV-Vis联用研究纳米颗粒的形貌结构和性能的调控

利用原位XAFS/UV-Vis联用方法，对Au纳米颗粒表面修饰改性机理进行了研究。发现通过改变包裹在其表面的稳定剂硫醇的烷基碳链长度，可以成功调控硫醇的头基在Au纳米团簇的表面占位及相应的界面电子结构，很好的解释了前人报道的长链硫醇吸附具有更好的热稳定性的现象《J. Phys. Chem. C 116, 24999 (2012)》。

以上研究工作极大地丰富了人们在金属纳米颗粒和纳米团簇成核、生长以及微观结构、性能转变方面的动力学机理的认识，提供了操控纳米颗粒和团簇初期成核过程直至控制它们形貌合成的新思路，为最终调控纳米材料体系的合成、结构和性能提供了有益的借鉴。

发表文章

1.　　　  Probing Nucleation Pathways for Morphological Manipulation of Platinum Nanocrystals

J. Am. Chem. Soc. 134, 9410 (2012)

Tao Yao, Shoujie Liu, Zhihu Sun, Yuanyuan Li, Shi He, Hao Cheng, Yi Xie,* Qinghua Liu, Yong Jiang, Ziyu Wu,* Zhiyun Pan, Wensheng Yan, and Shiqiang Wei*

2.　　　  Hexane-driven icosahedral to cuboctaheral structure transformation of gold nanoclusters

J. Am. Chem Soc. 134, 17997 (2012)

Yuanyuan Li, Hao Cheng, Tao Yao, Zhihu Sun*, Wensheng Yan, Yong Jiang, Yi Xie*, Yongfu Sun, Yuanyuan Huang, Shoujie Liu, Jing Zhang, Yaning Xie, Tiandou Hu, Lina Yang, Ziyu Wu, andShiqiang Wei*

3.　　　  Modifying the Atomic and Electronic Structures of Gold Nanocrystals via Changing the Chain Length of n-Alkanethiol Ligands

J. Phys. Chem. C 116, 24999 (2012)

Yong Jiang,† Peidong Yin,† Yuanyuan Li, Zhihu Sun, Qinghua Liu, Tao Yao,* Hao Cheng, Fengchun Hu, Zhi Xie, Bo He, Guoqiang Pan, and Shiqiang Wei*