山大孙頔Nature子刊: 羧酸刺激诱导的纳米银簇反应

【引言】

由于银离子多变的配位模式及广泛存在的亲银作用，银簇展现出多样性的结构和丰富的物理化学性质。然而，银簇的合成尚存在诸多挑战，如结构难以预测和调控。银簇合成化学的发展促进了包括阴离子模板和几何多面体规则在内通用组装策略的产生，从而将银簇的合成研究推向新的高度。从已知的最大实心银(I)硫簇(Ag₄₉₀)到最大的空心银(I)笼(Ag₁₈₀)，我们已经目睹了这一领域取得的丰硕的成果。然而，在分子层面上实现对团簇分子的调控和转变合成还非常困难。受到金纳米簇中配体诱导转变合成的启发，我们将类似的转化反应应用在了银簇领域，成功实现了纳米银簇的转变合成，并利用质谱技术揭示了该转变过程的细节。该工作为合成银纳米团簇提供了新的方法，为理解团簇转化机理提供了充分的实验证据。

 【成果简介】

近日，山东大学孙頔教授团队(通讯作者)使用(ⁱPrSAg)_n前体，PhCOOAg和(ⁿBu₄N)₄(a-Mo₈O₂₆)在乙腈溶液中，低温溶剂热反应成功得到了一个以Mo₆O₂₂^8-为模板的44核银簇，[Mo₆O₂₂@Ag₄₄(ⁱPrS)₂₀(PhCOO)₁₆(CH₃CN)₂]·2CH₃CN(SD/Ag44; SD = SunDi)，这个44核银簇在苯甲酸的诱导之下，转化为另一个更大的银簇，[Mo₈O₂₈@Ag₅₀(ⁱPrS)₂₄(PhCOO)₁₈(CH₃CN)₂)]·4CH₃CN(SD/Ag50)。对SD/Ag44和SD/Ag50的结构分析后发现， SD/Ag44向SD/Ag50转化的过程中内部阴离子模板(Mo₆O₂₂^8-→Mo₈O₂₈^8-)和外部银壳层(Ag₄₄→Ag₅₀)都发生了增大。进一步使用高分辨质谱追踪了这一转化过程，通过分析反应溶液中物种浓度随时间变化情况，提出了破碎-生长-再组装(BGR)的转化机理。该结果不仅为银硫簇的合成提供了一种全新的组装策略(阴离子模板与诱导转化相结合)，也有助于我们更好地理解组装体系的复杂转化过程。相关研究成果以“Deciphering synergetic core-shell transformation from [Mo₆O₂₂@Ag₄₄] to [Mo₈O₂₈@Ag₅₀]”为题发表在Nature Communications上。

 【图文导读】

图一SD/Ag₄₄和SD/Ag₅₀的合成和转化路线

图二SD/Ag₄₄和SD/Ag₅₀的结构图

(a) SD/Ag₄₄的分子结构；(b)内部Mo₆O₂₂^8-的多面体模式图；(c) SD/Ag₅₀的分子结构；(d) 内部Mo₈O₂₈^8-的多面体模式图。

图三 从SD/Ag44向SD/Ag50转化的质谱跟踪图

(a) PhCOOH诱导SD/Ag44向SD/Ag50转变的质谱跟踪图。

(b)转化过程中，中间体物种的浓度与时间的关系图。

图四 从SD/Ag44到SD/Ag50的转化的机理阐释图示

【小结】

本文运用低温溶剂热的方法得到了两个阴离子模板的银簇(SD/Ag44和SD/Ag50)，后者可以由前者在羧酸刺激诱导下获得。转化过程经历了内部阴离子模板(Mo₆O₂₂^8-→Mo₈O₂₈^8-)和外壳层(Ag₄₄→Ag₅₀)的协同生长，利用高分辨质谱建立了从Ag44到Ag50的‘破碎生长再组装’的转化机制。该工作不仅揭示了羧酸在诱导银簇转化过程中的重要性，而且为合成难以获得的大尺寸银团簇提供了一种新的方法。

文献链接：“Deciphering synergetic core-shell transformation from [Mo₆O₂₂@Ag₄₄] to [Mo₈O₂₈@Ag₅₀]”(Nat. Commun. 2018.DOI: 10.1038/s41467-018-06755-4)

近年来，孙頔课题组运用多种调控策略，合成了一系列银纳米簇如包裹还原态银簇的七重纳米银轮(Nat. Commun. 2018, 9, 2094)；各向异性的银纳米簇 (J Am Chem Soc 2018, 140, 1600)；哥德堡纳米银笼 (Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2017, 114, 12132)；共晶于同一颗单晶的两个不同还原型纳米银簇，Ag₂₁₀和Ag₂₁₁ (Angew Chem. Int, Ed, 2019, DOI: 10.1002/anie.201810772)等。

更多工作详见：http://www.researcherid.com/rid/G-3352-2010.

本文由材料人编辑部学术组微观世界编译，论文通讯作者孙頔教授修正供稿。

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