金納米簇：超小尺寸下的分子級性能突破與應用革新

一、定義與核心特性

金納米簇（Gold Nanoclusters, AuNCs）是由數個至幾十個金原子組成的超小納米材料，其核尺寸通常小于2納米（不含配體保護層），原子數一般小于150。這一尺寸與電子費米波長相當，使其表現出從原子態到宏觀態的過渡特性，具體表現為：

1. 量子尺寸效應：離散的電子能級賦予其熒光、催化活性、抗菌性等性能，且熒光特性高度依賴尺寸（如Au25(SH)18-的紫外-可見光譜與理論模型高度吻合）。

2. 類分子性質：具有本征手性、順磁性、強發光及類似生物酶的催化活性和選擇性，例如通過汞原子替換金原子可顯著改變其光學性質（HOMO-LUMO能級負向移動）。

3. 表面化學可調性：表面配體（如谷胱甘肽、DNA、Pincer配體）可通過電荷轉移或空間位阻調控其發光性能，例如DNA模板化的Ag/Au納米簇可通過序列設計實現顏色從可見光到近紅外的調節。

二、合成方法：從原子級控制到功能化設計

1. 直接合成法（一步法）

• 原理：在硫醇配體存在下，Au(III)被還原為Au(I)-SR絡合物，再通過強還原劑（如NaBH4）直接還原為團簇。

• 案例：谷胱甘肽（GSH）保護的AuNCs合成中，通過熱力學選擇（冰浴控制溫度）和動力學控制（快速加入還原劑）實現高產率Au25(SG)18納米簇。

2. 尺寸集中法（配體誘導刻蝕）

• 原理：以多分散團簇為前驅體，通過過量配體刻蝕或高溫老化去除不穩定團簇，最終獲得單分散產物。

• 案例：Au38(SR)24納米簇的合成中，多分散前驅體經苯乙硫醇刻蝕后，紫外-可見光譜顯示尺寸逐漸集中。

3. Pincer配體保護法

• 創新點：引入螯合型配體（如2,6-雙(二苯基膦甲基)吡啶），通過C/N/P與金屬中心形成三配位鍵，構建高穩定性、開放位點的納米簇。

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