近期，中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所研究員伍志鯤課題組與國內外多個研究小組合作，發現了金屬納米粒子的同分異構現象，相關研究結果以Structural isomerism in gold nanoparticles revealed by X-ray crystallography 為題發表在《自然·通訊》上(Nature Commun., 2015, 6, 9667)。

圖1金屬納米粒子中的同分異構體Au38T（圖中左側分子）與Au38Q（圖中右側分子）的示意圖

　　大自然的奧妙之一在于它創造一些物種，具有相同的組成，卻具有不同的結構(包括結構異構、手性異構等)，這些異構體為人們理解結構與功能的關系提供了極好的材料。同分異構現象在有機化合物中很常見。對于納米粒子而言，是否存在異構現象，這是非常有趣的問題。但由于納米粒子(甚至其它納米材料)原子排列表征比較困難，阻礙了人們對納米粒子異構現象的進一步認識。早在2004年，中科院金屬研究所盧柯就發現了孿晶(Science, 2004)，這暗示了納米材料中可能存在這些異構現象，諾貝爾獎獲得者Roger D. Kornberg教授2007年第一次用單晶X-射線衍射揭示了超小納米粒子Au102中的手性異構現象(Science，2007)。國家納米中心的唐智勇課題組也發現了納晶中的手性異構現象(J. Am. Chem. Soc.，2010)。而Gruene等人預言氣相團簇中存在異構現象(Science，2008)，另外，多個小組也從理論上預言了超小納米粒子(納米團簇)中同分異構現象的存在。然而，到目前為止，還沒有人從實驗上獲得納米粒子中的同分異構體。

　　最近，伍志鯤課題組通過精細調控反應條件，成功獲得了一種常溫較穩定的新納米團簇(簡稱為Au38T)，與2010年卡內基梅隆大學教授Rongchao Jin課題組報道的Au38(SC2H4Ph)24(簡稱為Au38Q， J. Am. Chem. Soc.，2010。注： T和Q分別為兩個工作的第一作者姓的首寫字母)有著完全相同的組成，但是經過單晶X-射線分析，這兩種金納米團簇具有完全不同的原子排列方式，從而從實驗上首次證實了納米粒子中同分異構現象的存在。(圖1)。

　　盡管這兩種Au38金屬納米粒子組成完全一樣，但是其同分異構體具有明顯不同的催化活性：Au38T能夠在低溫(0℃)催化對硝基苯酚的還原，30分鐘內可獲得44%的產物，并且可循環使用15次以上;而Au38Q在同樣的條件下，卻不能催化該反應(圖2)。此外，這兩種Au38異構體之間能發生轉化：在50℃條件下，Au38T會不可逆地慢慢轉化成Au38Q(圖2)。有關研究還在進一步探索中。

　　國內外合作小組提供了質譜、X-射線單晶衍射等重要實驗數據和結構方面的重要理論支持。碩士生田書博是本文的第一作者;催化方面的工作由助理研究員李漫波完成。該工作得到國家基金委、科技部、中國科學院(國際創新團隊，百人計劃)以及合肥物質科學技術中心等項目的支持。
 

圖2Au38T與Au38Q之間不可逆的轉化及其催化性能差異
 

責任編輯：田雙

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