铜基纳米材料由于其在光致发光和催化领域的独特性能而引起了极大的关注。因此，对其分子结构与性能之间的相关性进行研究非常重要。铜纳米团簇是一类新型的纳米材料，可以提供铜纳米颗粒晶体结构的原子级视图。

有鉴于此，阿卜杜拉国王科技大学Osman M. Bakr成功合成了具有81个铜原子的高核铜纳米簇[Cu₈₁(PhS)₄₆(tBuNH₂)₁₀(H)₃₂]³⁺（Cu₈₁），并通过X射线衍射（SC-XRD）和电喷雾电离质谱（ESI-MS），由X射线光电子能谱（XPS），析氢实验和核磁共振（NMR）光谱和密度泛函理论计算进行了全面研究。

文章要点

1）通过一锅法直接还原策略合成了Cu81纳米簇。简而言之，[Cu(CH₃CN)₄] BF4和PhSH在乙腈中与温和的还原剂硼烷叔丁胺络合物（tBuNH₂‧BH₃）反应，立即在室温（23 °C）下产生深红色溶液。搅拌十分钟后，通过旋转蒸发浓缩溶剂，得到红色残余物。随后，将残留物溶解在氯仿/己烷的混合溶剂中，并保存在密封的玻璃小瓶中，六天内产生红色菱形晶体。整个合成和结晶过程在环境条件下进行。

2）Cu81表现出非凡的结构特征，包括（i）三种新型外延表面保护基序；（ii）不寻常的平面Cu17磁芯；（iii）半球形壳，由曲面层和平面层组成；（iv）在弯曲和平坦表面上两种不同的，自组织的保护性配体排列。这些特征深刻影响了芳族配体在团簇表面上的排列。这两类表面层上的芳族配体自组织成不同的模式，其中弱分子间相互作用（例如π···π堆积和CH-H···π相互作用）在引导和稳定表面方面起着关键作用。

本研究揭示了结构上尚未探索的铜纳米材料，并为合成高核铜纳米团簇铺平了道路。

Ren-Wu Huang, et al, [Cu₈₁(PhS)₄₆(tBuNH₂)₁₀(H)₃₂]³⁺ Reveals the Coexistence of Large Planar Cores and Hemispherical Shells in High-Nuclearity Copper Nanoclusters, J. Am. Chem. Soc., 2020

DOI: 10.1021/jacs.0c00541

https://doi.org/10.1021/jacs.0c00541