纳米金簇在金属有机框架ZIF-8载体内外可控组装的研究新进展发表于Adv. Mater.

纳米金催化因其特有的反应条件温和,目标产物选择性高等特点,成为近年来催化学科备受关注的热点研究领域。不同于传统纳米金催化剂,粒径小于2nm 的硫醇配体保护的金纳米簇具有精确的原子数目和类分子的、分立的能级结构。金纳米簇独特的电子性质令其在催化选择氧化和还原等反应中展现出优良的催化性能。然而,金纳米簇中固有的硫醇配体在稳定Au 纳米簇结构、保持其小粒径的同时,不利于金催化中心上反应的进行。因此,去除硫醇配体保护剂,同时抑制Au 纳米簇的团聚,是获得高效金纳米簇催化剂的前提。

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图1. 催化剂合成过程示意图及相应的高角环形暗场扫描透射电镜图: a) Au25(SG)18@ZIF-8 (Au25(SG)18组装入ZIF-8框架内部) ;b) Au25(SG)18/ZIF-8 (Au25(SG)18浸渍在ZIF-8外表面)


利用多孔载体负载是一种有效抑制纳米粒子团聚,同时获得具有特殊选择性和抗中毒能力金属催化剂的有效途径。中山大学石建英副教授课题组以ZIF-8为载体,基于金纳米簇表面硫醇配体中羧基与锌离子的配位相互作用,成功实现了Au25(SG)18纳米簇在ZIF-8主体框架内部和外表面的可控组装。合成的Au25(SG)18@ZIF-8和Au25(SG)18/ZIF-8催化剂具有与主体ZIF-8相当的热稳定性及孔结构;基于框架内外Au25(SG)18 与ZIF-8 载体间主客体相互作用的不同,实现了金纳米簇发光性质的调控;在Au25(SG)18@ZIF-8 催化4-NP 还原反应中,ZIF-8 主体赋予Au 纳米簇独特的尺寸选择性。结合杂原子掺杂的金纳米簇Aun-xMx(SR)m (M= Pd, Pt, Ag,Cu)的多样性,以及大量氨基和羧基配位的MOF 载体,本项目发展的策略开辟了多功能MOF 基材料合成的新途径,在吸附、催化、生物成像以及传感等领域具有潜在的应用前景。

相关研究成果发表在知名学术刊物《Adv. Mater.》 ( Yucheng Luo, Shiyan Fan, Wenqian Yu, Zili Wu, David A. Cullen, Chaolun Liang, Jianying Shi,* and Chengyong Su. Fabrication of Au25(SG)18–ZIF-8 Nanocomposites: A Facile Strategy to Position Au25(SG)18 Nanoclusters Inside and Outside ZIF-8. Adv. Mater., 2018, 30 (6), 1704576)。

该研究工作得到了“973”计划项目、国家自然科学基金、广东省自然科学基金、广州市科技计划项目等项目的资助,以及美国橡树岭国家实验室纳米材料科学中心,中山大学生物无机与合成化学教育部重点实验室和Lehn功能材料研究所的大力支持。

论文链接:http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201704576/full

文章录入:李心宇      责任编辑:李心宇
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