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单个、自生的RP-Au-PR结构增强金属纳米团簇的光致发光量子产率19倍

本站小编 Free考研考试/2022-02-14

摘要/Abstract



膦保护金纳米团簇的研究可追溯到1969年, “RP-Au-PR” (R为烷基)结构在膦保护的金纳米团簇上目前还未见报道, 而相似的 “RS-Au-SR” 结构在硫醇保护金纳米团簇中经常被发现, 其具有多种功能(例如增强团簇发光). 本工作以双膦作为配体成功合成出原子层次单分布的金银纳米团簇[Au10Ag4(Dppp)5Cl4]Cl2 (Au10Ag4 NC, Dppp为1,3-双(二苯基膦)丙烷), 首次发现它具有 “RP-Au-PR” 结构. 有趣的是, 当二氯甲烷作为溶剂时, 该结构可在Au10Ag4 NC中自行消失, 生成[Au9Ag4(Dppp)4Cl4]Cl (Au9Ag4 NC); 另一方面, 当乙醇为溶剂时, 该结构可在Au9Ag4 NC中自行生成, 从而转变成Au10Ag4 NC. 两个团簇的紫外-可见-近红外(UV/Vis/NIR)吸收峰除了有轻微的位移外, 没有显著的区别, 暗示着 “RP-Au-PR” 结构对团簇的电子结构没有根本影响, 这一点也被密度泛函理论(DFT)计算所支撑. 该结构促使Au10Ag4 NC的光致发光量子产率比Au9Ag4 NC的提高了19倍(达到10.32%), 这归因于 “RP-Au-PR” 结构诱导的电荷转移和刚性的增强. 本工作揭示了新的团簇结构和发光现象, 对团簇构效关系的理解和性能改善有重要的启发.
关键词: 金属纳米团簇, “RP-Au-PR”结构, 光致发光
The study of phosphine-protected gold nanocluster can be dated back to 1969, however, the RP-Au-PR motif has not been reported until now. Meanwhile, its analogue RS-Au-SR motif was often reported in thiolated gold nanoclusters, being of multiple functions (e.g., enhancing the luminescence). Herein, we successfully synthesized a monodisperse gold-silver nanocluster: [Au10Ag4(Dppp)5Cl4]Cl2 (Au10Ag4 NC, where the Dppp represents 1,3-diphenylphosphine propane, and NC represents nanocluster) by introducing the reducing agent (NaBH4) in an dichloromethane-ethanol solution of chloroauric acid, silver nitrate and 1,3-diphenylphosphine propane. Hydrochloric acid was added to promote the nanocluster size-focusing. Au10Ag4 NC is unstable in dichloromethane and will be transformed into another nanocluster [Au9Ag4(Dppp)4Cl4]Cl (Au9Ag4 NC). The structures and compositions of Au10Ag4 and Au9Ag4 NCs have been determined by single crystal X-ray crystallography and electrospray ionization mass spectrometry (ESI-MS). Au10Ag4 NC possesses an ico sahedral Au9Ag4 core, which is protected by a special RP-Au-PR motif, diphosphine and halogen ligands; Au9Ag4 NC has an icosahedral Au9Ag4 metal core protected by bisphosphine and halogen ligands, thus the major structural difference between Au10Ag4 and Au9Ag4 NCs is the RP-Au-PR motif. The motif can be self-vanished in Au10Ag4 NC when dichloromethane acts as the solvent, resulting in the formation of Au9Ag4 NC as mentioned above; on the other hand, the motif can self-bear in Au9Ag4 NC when the solvent is ethanol instead of dichloromethane, resulting in the formation of Au10Ag4 NC. The two nanoclusters showed similar ultraviolet-visible-near infrared (UV/Vis/NIR) absorption spectra except for slight shift of the profile, indicating that the RP-Au-PR motif has no essential influence on the electronic structure of nanocluster, which was supported by density functional theory (DFT) calculations. However, the photoluminescence quantum yield of Au10Ag4 NC (10.32%) is 19 times higher than that of Au9Ag4 NC (0.52%), ascribing to the enhancement of charge transfer and structure rigidity induced by the motif. This work provides new views to the structure and photoluminescence of gold-silver nanocluster, has important implications for the structure-property understanding and the property improvement.
Key words: metal nanocluster, RP-Au-PR motif, photoluminescence


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