研究人员学习设计由纳米级金簇组成的晶体材料的生长

在新加坡、沙特阿拉伯和芬兰的研究人员进行的一项研究中，首次获得了对原子级精确金属纳米团簇工程晶体生长的见解。该工作发表在《自然化学》上。

普通固体物质由排列成晶格的原子组成。原子的化学特性和晶格对称性决定了物质的性质，例如，它是金属、半导体还是电绝缘体。晶格对称性可能会因环境条件(例如温度或高压)而改变，这会引起结构转变，甚至将电绝缘体转变为电导体，即金属。

较大的相同实体，例如纳米颗粒或原子级精确的金属纳米团簇，也可以组织成晶格，形成所谓的超材料。然而，由于晶体生长是一种典型的自组装过程，因此关于如何从它们的构件中设计生长此类材料的信息一直很少。

现在，在新加坡、沙特阿拉伯和芬兰的研究人员进行的一项研究中，首次获得了对原子级精确金属纳米团簇工程晶体生长的见解。他们合成了仅由25个金原子组成的金属簇，直径为1纳米。由于保护金的配体分子，这些簇可溶于水。众所周知，当水溶剂蒸发时，这种簇材料会自组装成定义明确的密堆积单晶。

然而，研究人员发现了一种通过在溶剂中添加四烷基铵分子离子来调节晶体生长的新概念。这些离子影响金簇的表面化学，观察到它们的大小和浓度对形成的晶体的大小、形状和形态有影响。值得注意的是，一些晶体的高分辨率电子显微镜图像显示它们由具有四个金原子粒子间链接的簇的聚合链组成。

所展示的表面化学现在开辟了设计基于金属簇的超材料以研究其电子和光学特性的新方法。

团簇材料在新加坡国立大学合成，电子显微镜成像在沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学完成，理论建模在芬兰于韦斯屈莱大学完成。