近日，国际化学顶级期刊《德国应用化学》(Angew Chemie International Edition)以“Cocrystallization-driven Formation of fcc-based Ag₁₁₀ Nanocluster with Chinese Triple Luban Lock Shape”为题，报道了我校张献明教授团队联合德国弗莱堡大学Michael Walter博士在金属纳米团簇领域的最新研究成果。张献明教授和Michael Walter博士为通讯作者，曲梅副教授为论文的第一作者，我校为第一完成单位。该研究得到了国家自然科学基金、山西省1331工程项目经费的支持。

发展具有特殊结构与独特性能的新型团簇，对在原子水平上深刻认识和理解团簇形成机理、演变规律、稳定化机制及物质转化的规律具有重要意义。从化学合成的角度来看，如果在分子水平上构建具有鲁班锁构型的化合物，其结构也可能表现出类似于鲁班锁的高对称性和结构稳定性，可用于催化及其它领域。

对于银团簇，金属核通常由四面体、八面体、十面体、十二面体和二十面体等构成。理论上，如果采用多个次级建筑单元的有效组合来构造高核银团簇，可以实现更复杂的经典结构模拟和探索，例如鲁班锁结构。以最简单的好汉锁为例，其结构非常接近块状金属和团簇中典型的面心立方（fcc）结构。

该研究报道了两个共晶型结构相关的原子精确面心立方（fcc）基银纳米团簇Ag₁₁₀(SPhF)₄₈(PPh₃)₁₂的(Ag₁₁₀)和Ag₁₄(μ₆-S)(SPhF)₁₂(PPh₃)₈(Ag₁₄)。值得注意的是，Ag₁₁₀团簇是第一个在分子水平上模拟复杂鲁班锁结构的化合物。同时，Ag₁₁₀是目前报道的最大的fcc基银纳米团簇，迄今为止，还没有超过100个银原子的fcc银纳米团簇的先例。在Ag₁₁₀簇中，Ag原子排列成高度对称的球形核壳结构，组成内核的110个金属原子可分为三类：Ag₆₂、Ag₃₆和Ag₁₂。最内层的62个Ag原子（蓝色）由三部分组成，包括两个Ag₂₉和一个Ag₂₈单元。Ag₆₂的结构与经典的三重鲁班锁—好汉锁的结构有着惊人的相似性。Ag₆₂还直接参与fcc结构的构建，以典型的理想fcc Ag₁₄和有缺陷的Ag₁₃作为基本构筑块。DFT计算表明Ag₁₁₀是一个具有1S²1P⁶1D¹⁰2S²1F¹⁴2P⁶1G¹⁸电子闭壳层的58电子超原子。Ag₁₁₀•Ag₁₄可以在4分钟内快速催化4-硝基苯酚的还原。

此外，本研究发现，当金属内核数量超过100时，{111}面将首先摆脱fcc特征，同时该晶面不再受到PAgS₃基序的限制。Ag₁₁₀纳米团簇为金属内核从面心立方堆积到准球形超原子转变的临界尺寸和机制提供了清晰的结构证据，也为研究银纳米团簇的成核机制和结构组装提供了重要的结构模型。（来源：科技部 化学与材料科学学院）

全文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202318390

图1.九种经典中国传统鲁班锁结构

图2.Ag₁₁₀结构剖析及配位模式图