长期以来，人们一直希望实现金属纳米团簇（NCs）的逐原子调控，因为所得的一系列NCs对理解单个原子如何影响团簇的结构和性质以及尺寸演化至关重要。近日，卡耐基梅隆大学Rongchao Jin，匹兹堡大学Giannis Mpourmpakis等报道了Au₂₂（SAdm）₁₆和Au₂₂Cd₁（SAdm）₁₆（SAdm =金刚烷硫醇）的合成与结构，它们与Au₂₁（SAdm）₁₅和Au₂₄（SAdm）₁₆ NCs相连，形成相同配体保护的逐原子演化团簇系列。

本文要点：

1）在结构上，Au₂₂（SAdm）₁₆表面的Au₃（SAdm）₄结构比Au₂₁（SAdm）₁₅表面的Au₂（SAdm）₃长，而与Au₂₄（SAdm）相比，Au₂₂Cd₁（SAdm）₁₆缺少一个订书针Au原子，因此表面结构被重建。

2）单个Cd原子触发了从具有10个原子的双八面体内核的Au₂₂到具有13个原子的立方八面体内核的Au₂₂Cd₁的结构转变，相应地，光学性质发生了巨大变化。

3）光激发的载流子寿命研究表明，光学性质和激发态弛豫在单原子水平上高度敏感。

4）相比之下，作者通过理论计算发现，该系列NCs离子化电势和电子亲和力几乎没有变化，这表明电子性质与在该系列NCs中添加的单个原子无关。

该工作表明，经过精心设计可以获得具有连续金属原子数的NCs；具有连续金属原子数的NCs的光学特性在单原子级别上比电子特性受到更大的影响。

Yingwei Li, et al. Atom-by-Atom Evolution of the Same Ligand-Protected Au₂₁, Au₂₂, Au₂₂Cd₁, and Au₂₄ Nanocluster Series. J. Am. Chem. Soc., 2020

DOI: 10.1021/jacs.0c09110

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c09110