原位监控图解
贵金属纳米粒子因其特有的光学以及化学和催化性能,正引起科技界越来越浓厚的兴趣.通常这些特性决定于这些金属粒子的粒径和形态.由于非球形粒子比各向同性的球形粒子具有更优越的性能,它们已经成为研究的焦点,人们正在努力寻找粒子形状如何影响粒子理化性能的答案.贵金属纳米粒子的形状可控合成技术已经取得了明显进展.
合肥微尺度物质科学国家实验室谢毅教授和中国科学技术大学国家同步辐射实验室韦世强教授、吴自玉教授带领的联合研究团队在发展同步辐射原位X射线吸收精细结构谱学(XAFS)新方法以及与其它技术相结合的基础上，开展纳米材料的形貌、结构和性能调控的动力学研究，取得了一系列重要进展，研究成果先后发表在化学学科顶级刊物J. Am. Chem. Soc.（《美国化学会志》）上[132, 7696 (2010)；134, 9410 (2012)；134, 17997 (2012)]。
创新性突破有以下几个方面：其一，发展原位XAFS实验新方法，揭示纳米材料的初期成核动力学机理。发展了原位XAFS实验新方法，通过实验观察到1 nm以下金纳米颗粒的初期成核过程，揭示了初期成核路径的动力学过程以及对纳米晶形貌控制合成的机理，相关研究成果发表在J. Am. Chem. Soc. [132, 7696 (2010)]上，受到国内外同行的高度评价和广泛关注；其二，发展原位时间分辨XAFS/UV-Vis联用新方法，揭示纳米材料的形貌调控机理。设计了原位时间分辨XAFS/UV-Vis联用装置，研究了铂纳米颗粒在化学液相合成过程中的形成不同纳米颗粒形貌的初期成核动力学过程，观察到通过改变还原剂的强弱可以操纵还原反应初期成核的路径，即形成线性‘PtnClx’多聚体和形成球形零价‘Ptn’团簇，进而实现Pt纳米晶形貌的一维和零维形貌的控制合成[J. Am. Chem. Soc. 134, 9410 (2012)]；其三，利用原位XAFS/UV-Vis联用方法，揭示纳米材料的结构和性能调控机理。针对金纳米团簇的可控合成和结构控制这一新兴热点问题，利用原位XAFS/UV-Vis技术观察到利用溶剂交换反应能成功脱附由十三个金原子组成的纳米团簇表面覆盖的硫醇分子，导致金团簇原子排列的对称性从二十面体到立方八面体的转变，团簇整体的电子结构从类分子的半导体特性转变为金属性，从而使光学性质和电学性质发生突变（J. Am. Chem. Soc. 134, 17997 (2012)）。
针对金纳米团簇的可控合成和结构控制这一新兴热点问题，利用原位XAFS/UV-Vis技术观察到利用溶剂交换反应能成功脱附由十三个金原子组成的纳米团簇表面覆盖的硫醇分子，导致金团簇原子排列的对称性从二十面体到立方八面体的转变，团簇整体的电子结构从类分子的半导体特性转变为金属性，从而使光学性质和电学性质发生突变（J. Am. Chem. Soc. 134, 17997 (2012)）。
以上研究工作极大地丰富了人们在金属纳米颗粒和纳米团簇成核、生长以及微观结构、性能转变方面的动力学机理的认识，提供了操控纳米颗粒和团簇初期成核过程直至控制它们形貌合成的新思路，为最终调控纳米材料体系的合成、结构和性能提供了有益的借鉴。