Entdeckung des ikosaedrischen superatomaren Clusters Ag₁₃ und seiner Analoga Au₁₃

Forscher berichten über die ersten ikosaedrischen superatomaren Silbernanocluster Ag13 und seine Analoga Au13. Die Veränderungen der optischen Eigenschaften während der Entwicklung von Ag13 zu Au13 werden untersucht und die Unterschiede im Ursprung ihrer optischen Eigenschaften werden durch transiente Spektren und theoretische Berechnungen aufgedeckt. Diese Studie wird von Prof. Zang (College of Chemistry, Zhengzhou University) geleitet.

Beim Aufbau von Metallnanoclustern unter Verwendung mehrzähniger Phosphinliganden mit starker Steifigkeit und Chelatisierungsfähigkeit erfassten sie einen ikosaedrischen superatomaren Silbernanocluster Ag13, der normalerweise im Kern von Silbernanoclustern zu finden ist. Dies ist das erste Mal, dass er als intakter Silbernanocluster nachgewiesen wurde.

Interessanterweise weist der Ag13-Cluster im festen Zustand eine leuchtend rote Lumineszenz auf, während er in flüssigem Zustand keine Emission ausgibt, „was für eine durch Aggregation induzierte Emission typisch ist“, sagt Prof. Zang.

Da die Emission der Cluster durch die Dotierung von Goldatomen effektiv reguliert werden kann, konnten die Forscher durch die Dotierung mit unterschiedlichen Mengen an Goldatomen drei Arten von Legierungsclustern (AunAg13-n) herstellen, was auch durch Massenspektrometrie nachgewiesen werden konnte. Vielversprechend ist, dass ihre Emissionswellenlänge und Quantenausbeute mit zunehmendem Goldgehalt zunehmen.

Um die Änderungen der optischen Eigenschaften durch den vollständigen Ersatz der Goldatome weiter zu untersuchen, konstruierten und erhielten Forscher Cluster aus Au13, einem Analogon von Ag13. Theoretische Berechnungen bestätigen, dass die Emission von Ag13 und Au13 jeweils aus lokal angeregten Zuständen stammt, während die Lumineszenz von Legierungsclustern aus lokal angeregten Zuständen und Ladungstransferzuständen stammt.

Gleichzeitig sorgt die Beschichtung von Au13 mit einem amphiphilen Polymer auf der Grundlage der hellroten Lumineszenz von Au13 dafür, dass die Struktur und Eigenschaften nicht beschädigt werden, und erreicht erfolgreich eine geringe Toxizität und eine qualitativ hochwertige biologische Bildgebung. Dies erweitert die funktionellen Anwendungsaussichten von lumineszierenden Gold-Nanoclustern im biologischen Bereich.

Diese Studie schließt nicht nur die Lücke zwischen ikosaedrischen superatomaren Silbernanoclustern, sondern konstruiert – was noch wichtiger ist – ein neues Paar von Metallnanoclusteranaloga, mit denen die optischen Eigenschaften von Clustern untersucht werden können, die durch die Unterschiede der Metallarten auf atomarer Ebene verursacht werden. Diese Studie liefert ein neues Modell und einen neuen Mechanismus für die Lumineszenzregulierung von Metallnanoclustern.