金纳米簇的定义与核心特性

金纳米簇：超小尺寸下的分子级性能突破与应用革新

一、定义与核心特性

金纳米簇（Gold Nanoclusters, AuNCs）是由数个至几十个金原子组成的超小纳米材料，其核尺寸通常小于2纳米（不含配体保护层），原子数一般小于150。这一尺寸与电子费米波长相当，使其表现出从原子态到宏观态的过渡特性，具体表现为：

1. 量子尺寸效应：离散的电子能级赋予其荧光、催化活性、抗菌性等性能，且荧光特性高度依赖尺寸（如Au25(SH)18-的紫外-可见光谱与理论模型高度吻合）。

2. 类分子性质：具有本征手性、顺磁性、强发光及类似生物酶的催化活性和选择性，例如通过汞原子替换金原子可显著改变其光学性质（HOMO-LUMO能级负向移动）。

3. 表面化学可调性：表面配体（如谷胱甘肽、DNA、Pincer配体）可通过电荷转移或空间位阻调控其发光性能，例如DNA模板化的Ag/Au纳米簇可通过序列设计实现颜色从可见光到近红外的调节。

二、合成方法：从原子级控制到功能化设计

1. 直接合成法（一步法）

• 原理：在硫醇配体存在下，Au(III)被还原为Au(I)-SR络合物，再通过强还原剂（如NaBH4）直接还原为团簇。

• 案例：谷胱甘肽（GSH）保护的AuNCs合成中，通过热力学选择（冰浴控制温度）和动力学控制（快速加入还原剂）实现高产率Au25(SG)18纳米簇。

2. 尺寸集中法（配体诱导刻蚀）

• 原理：以多分散团簇为前驱体，通过过量配体刻蚀或高温老化去除不稳定团簇，最终获得单分散产物。

• 案例：Au38(SR)24纳米簇的合成中，多分散前驱体经苯乙硫醇刻蚀后，紫外-可见光谱显示尺寸逐渐集中。

3. Pincer配体保护法

• 创新点：引入螯合型配体（如2,6-双(二苯基膦甲基)吡啶），通过C/N/P与金属中心形成三配位键，构建高稳定性、开放位点的纳米簇。

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