Au10团簇结构与电性质的理论研究

使用4种流行的泛函(BPW91, B3PW91, PW91和B3LYP)考查了若干Au10团簇结构的稳定结构, 获得了能量最有利的6种异构体(其中2种以前未见报道), 并在此基础上进一步用MP2方法校准了它们的相对稳定性, 分析了它们的电子性质以及最稳定异构体与氧分子的化学反应性能. 计算结果表明Au10团簇异构体的相对稳定性明显依赖所使用的理论方法和泛函, 密度泛函结果显示Au10倾向于采用平面结构, 且不同的泛函给出异构体的相对稳定性次序也不相同, 而MP2计算则显示三维空间结构的Au10团簇更稳定, Au10可能是金团簇从二维结构到三维结构演化的一个临界点.     

Au25纳米团簇合成与应用研究进展

综述了新型金属纳米材料Au25纳米团簇的合成机理和合成工艺改进,结合Au纳米团簇荧光作用机理说明其特有的荧光特性,利用Au纳米团簇荧光性质在离子检测、生物小分子检测、蛋白质检测和生物成像方面的应用,为Au纳米团簇的研究提供参考。     

中介尺度Au纳米团簇熔化的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟技术，研究了原子个数为16～8628的 Au纳米团簇的熔化过程.采用 Johnson的EAM (embedded atom method) 模型,模拟结果表明，金属纳米团簇存在一中介尺度区域.对Au纳米团簇而言，当原子个数N >456时，团簇的热力学性质与团簇尺寸呈线性关系，熔化首先从表面开始，逐步向中心区域推进，且满足Tmb－Tmc(N)＝aN(－1/3)的关系.另外，计算了中介区域的团簇的尺寸、熔化温度、表面能、熵、焓等热力学量以及均方根位移（RMSD）等动力学量，为研究纳米团簇提供定量数据.     

膦配体对金团簇[Au@Au8(PR3)8]3+(R=Me,OMe,H,F,Cl,CN)稳定化作用的理论研究

采用ab initio HF, MP2方法和密度泛函理论方法, 对具有D2h和D4d构型的膦配体稳定的过渡金属团簇[Au@Au8(PR3)8]3+(R=Me, OMe, H, F, Cl, CN)进行了几何结构、 电子结构及团簇稳定性等方面的研究. 计算表明, 与D2h构型相比, D4d构型更稳定, 两者能量相差约5~10 kJ/mol. SVWN局域泛函能够对团簇的几何结构给予较准确的描述, MP2方法对团簇的结构参数有所低估, 而离域和杂化泛函则过高地估计了团簇的结构参数. 电子结构分析表明, 中心Au原子与外围的Au原子之间通过 d 电子的成键作用构成团簇内核[Au@Au8]3+, [Au@Au8]3+与PR3配体则通过"σ给予/π反馈"模式成键. PR3配体与[Au@Au8]3+的结合能够加强内核-外围Au原子间的成键作用, 缩小外围Au原子在成键上的差异, 增大前线轨道能级间隙, 从而提高团簇的稳定性. PR3配体中R基团供、 吸电子能力的变化对[Au@Au8(PR3)8]3+结构影响较小, 但对[Au@Au8]3+-PR3结合能影响较大. 能量分析显示, 不同PR3配体与[Au@Au8]3+之间具有相近的轨道作用能, 与R基团供、 吸电子能力相关的非轨道作用能成为影响两者连接牢固程度的决定因素.     

Au_(5~25)Pd团簇结构与性质的理论研究

用basin-hopping算法结合密度泛函PBE方法系统搜索了Au5~25Pd团簇的全局稳定结构,并对团簇几何结构,稳定性,Fermi能级,化学硬度和前线轨道进行了分析。计算结果表明,Au5Pd,Au7Pd和Au11Pd团簇为平面结构,其他团簇均为立体结构,与相同原子数纯金团簇结构类似。所有团簇中,Pd原子均位于配位数较高位置。团簇平均结合能随金原子数增大而逐渐增大,并有收敛到某点的趋势。偶数金原子团簇较相邻的奇数金原子团簇稳定。团簇的Fermi能级随团簇增大呈奇偶振荡,偶数金原子团簇的Fermi能级较相邻奇数金原子团簇的低,与金团簇Fermi能级变化类似。Au7Pd,Au12Pd,Au16Pd和Au18Pd团簇化学活性较高。Au5~19Pd团簇中Pd原子优先与CO,烯烃,炔烃等分子形成配位键。CO等小分子仍然吸附到Au20~25Pd团簇的顶点或面中心的金原子。     

过渡金属团簇M20和M20(PMe3)4(M=Cu,Ag,Au)的量子化学理论研究

采用从头计算MP2和DFT理论方法,对过渡金属团簇M20和M20( PMe3)4(M=Cu,Ag,Au)的几何结构、电子结构以及团簇各组成部分之间的结合能进行了研究.所研究的体系具有较大的前线轨道能隙,与C60接近,显示出特别的稳定性.考虑电子相关效应的MP2方法能够对团簇的结构给予可靠的描述.离域泛函GGA对Cu和A...     

Monte Carlo模拟负载型Au团簇的熔化行为

采用Monte Carlo方法研究了石墨负载Au团簇的熔化行为,着重考察了载体对负载型团簇结构的影响。建立了一个正二十面体的Au团簇和AB堆积的石墨载体,通过记录每一个状态的结构来研究团簇的熔化过程。模拟结果表明,随着温度的升高,Au原子从外到内,逐层熔化,形成二维岛状结构。Au与石墨载体之间的相互作用使得Au原子单层分散在石墨表面,相互作用越强,金属原子越靠近载体。     

配体保护下的Au_(20)团簇吸附和活化CO的理论研究

用密度泛函理论方法计算了CO分子吸附在有机配体聚乙烯吡咯烷酮poly(N-vinyl-2-pyrrolidone)(PVP)保护下的Au20团簇上的稳定构型的结构和性质。配体PVP通过物理吸附主要作用于Au20团簇的顶点位置。与Au20比较,配体的存在有利于CO的吸附和活化,其根本原因是PVP和CO在Au20表面分别作为供电子和吸电子基团产生的协同效应。中性及阴离子Au20团簇对配体和CO的吸附强度不同,前者对PVP吸附作用较强,后者对CO的吸附和活化作用较强。     

配体稳定的二元过渡金属团簇[PdAu8(PR3)8]2+(R=Me,OMe,H,F,Cl,CN)的量子化学理论研究

采用从头计算MP2方法和密度泛函理论方法,对过渡金属团簇[PdAu8(PR3)8]2+(R=Me,OMe,H,F,Cl,CN)的几何结构、电子结构以及团簇各组成部分之间的结合能进行了研究.MP2方法和SVWN局域泛函能够对团簇的结构给予准确的描述,而离域泛函BP86,PBE,BLYP和杂化泛函B3LYP则过高地估计了团簇的几何结构参数.电子结构研究表明Pd,Au原子通过d电子的成键作用构成团簇内核[PdAu8]2+,[PdAu8]2+与PR3配体则通过"σ给予/π反馈"模式成键.PR3配体与[PdAu8]2+的结合能够加强Pd-Au之间的成键作用,增大前线轨道能级间隙,从而提高团簇的稳定性.PR3配体中 R 基团供、吸电能力的变化对[PdAu8(PR3)8]2+结构的影响较小,但对[PdAu8]2+ -pR3结合能的影响较大.能量分析显示不同PR3与[PdAu8]2+之间具有相近的轨道作用能,与R基团供、吸电能力相关的非轨道作用能成为影响两者连接牢同程度的决定因素.     

正二十面体Au13和Pt13团簇上肉桂醛的吸附

运用广义梯度近似(GGA)密度泛函理论的Perdew-Burke-Ernzerh (PBE)方法, 研究了肉桂醛在正二十面体Au₁₃和Pt₁₃团簇上的吸附行为. 通过分析不同吸附模式的吸附能和几何构型发现: 同一金属团簇, 顺式肉桂醛的吸附能强于反式肉桂醛的吸附能. 对于Au₁₃团簇, 肉桂醛的稳定吸附构型为C＝C和C＝O共吸附模型; 对于Pt₁₃团簇, 肉桂醛的稳定吸附构型为C＝O吸附. 比较二者发现, 肉桂醛在Pt₁₃团簇的吸附能力强于Au₁₃团簇.分析Au₁₃和Pt₁₃团簇上肉桂醛最稳定吸附构型的电子结构表明, 电子由肉桂醛原子的2s、2p轨道向金属表面转移, 同时金属部分电子反馈到肉桂醛的反键轨道, 最终肉桂醛稳定吸附于金属团簇. 此外, 肉桂醛在团簇模型上的吸附能大于其在平板模型上的吸附能.     

Aucore Ptshell纳米粒子对甲醇氧化的电催化性能研究

应用两步化学还原法制备不同厚度的AucorePtshell纳米粒子,经紫外可见光谱(UV-V is)、透射电子显微镜(TEM)表征.该金纳米颗粒经化学还原包裹铂后平均粒径明显增大,调节金与铂的含量可获得不同包裹厚度的AucorePtshell纳米粒子.循环伏安法研究表明,粒径为70~80 nm的AucorePtshell纳米粒子对甲醇的氧化具有较好的电催化活性,并且其电催化性能随着电位循环扫描次数的增加而增强.     

Nanoclusters Au_(19)Pd and Au_(19)Pt Catalyzing CO Oxidation: a Density Functional Study

The gold atoms on the Au20 cluster had been substituted by the palladium and platinum atoms to obtain the doped clusters with more stable geometries as a function of the bind energy and interaction energy in the previous study. Therefore, we investigated the catalytic activities of the Au_(19)Pd and Au_(19)Pt clusters for CO oxidation along the Langmuir-Hinshelwood mechanism. It is found that the coadsorption of CO and O2 on the doped clusters is obviously stronger than on the Au20 cluster, especially on the doped atom, which makes potential energy of the transition state lower than the total energy of the reactants so that it can promote CO oxidation. The reaction on these doped clusters with the heteroatom on the vertex is more difficult. However, the Au_(19)Pd(S) is more prone to catalyzing the CO oxidation, in which the rate-limiting step has the lower energy barrier of 38.84 kJ/mol for this study. Therefore, the single atom can be modified to change the catalytic activity of the cluster for the CO oxidation. Meanwhile, the different sites on the clusters have different strengths of activity for the reaction.     

AucoreCoshell纳米粒子的制备、表征及其表面增强拉曼光谱研究

在乙醇体系中和在制备好的Au纳米粒子表面, 用水合肼还原钴盐制备Co壳, 首次通过化学还原法制得核壳结构的Au-Co纳米粒子, 并通过控制钴盐的投料, 得到不同包裹层厚度的AucoreCoshell纳米粒子. 用扫描电子显微镜(SEM)和电化学循环伏安法(CV)等测试方法对其进行表征, 并用吡啶(Py)作为探针分子研究了其SERS效应.     

Improved hydrogen oxidation reaction under alkaline conditions by Au–Pt alloy nanoparticles

This work demonstrates the outstanding performance of alloyed Au_1 Pt_1 nanoparticles on hydrogen oxidation reaction(HOR) in alkaline solution. Due to the weakened hydrogen binding energy caused by uniform incorporation of Au, the alloyed Au_1 Pt_1/C nanoparticles exhibit superior HOR activity than commercial Pt Ru/C. On the contrary, the catalytic performance of the phase-segregated Au_2 Pt_1/C and Au_1 Pt_1/C bimetallic nanoparticles in HOR is significantly worse. Moreover, Au_1 Pt_1/C shows a remarkable durability with activity dropping only 4% after 3000 CV cycles, while performance attenuation of commercial Pt Ru/C is high up to 15% under the same condition. Our results indicate that the alloyed Au_1 Pt_1/C is a promising candidate to substitute commercial Pt Ru/C for hydrogen oxidation reaction in alkaline electrolyte.     

Structural Evolution Patterns of FCC-Type Gold Nanoclusters

Recent progress in the research of atomically-precise metal nanoclusters has identified a series of exceptionally stable nanoclusters with specific chemical compositions. Structural determination on such "magic size" nanoclusters revealed a variety of unique structures such as decahedron, icosahedron, as well as hexagonal close packing(hcp) and body-centered cubic(bcc) packing arrangements in gold nanoclusters, which are largely different from the face-centered cubic(fcc) structure in conventional gold nanoparticles. The characteristic geometrical structures enable the nanoclusters to exhibit interesting properties, and these properties are in close correlation with their atomic structures according to the recent studies. Experimental and theoretical analyses have been applied in the structural identification aiming to clarify the universal principle in the structural evolution of nanoclusters. In this mini-review, we summarize recent studies on periodic structural evolution of fcc-based gold nanoclusters protected by thiolates. A series of nanoclusters exhibit one-dimensional growth along the [001] direction in a layer-by-layer manner from Au_(23)(TBBT)_(20) to Au_(36)(TBBT)_(24),Au_(44)(TBBT)_(28), and to Au_(52)(TBBT)_(32)(TBBT: 4-tert-butylbenzenethiolate). The optical properties of these nanoclusters also evolve periodically based on steady-state and ultrafast spectroscopy. In addition, two-dimensional growth from Au_(44)(TBBT)_(28) toward both [100] and [010] directions leads to the Au_(92)(TBBT)_(44) nanocluster, and the recently reported Au_(52)(PET)_(32)(PET: 2-phenylethanethiol) also follows this growth pattern with partial removal of the layer. Theoretical predictions of relevant fcc nanoclusters include Au_(60)(SCH_3)_(36), Au_(68)(SCH_3)_(40), Au_(76)(SCH_3)_(44), etc, for the continuation of 1 D growth pattern, as well as Au_(68)(SR)_(38)mediating the 2 D growth pattern from Au_(44)(TBBT)_(28) to Au_(92)(TBBT)_(44). Overall, this mini-review provides guidelines on the rules of structural evolution of fcc gold nanoclusters based on 1 D, 2 D and 3 D growth patterns.     

Ag_2~-催化CO氧化反应机理的理论研究

用密度泛函理论B3LYP方法详细研究了Ag_2~-催化CO氧化反应的机理.计算结果表明,O2分子在Ag_2~-和Au_2~-上吸附能相差不大,而CO分子在Ag_2~-上吸附要比在Ag_2~-上弱得多.Ag_2~-催化CO氧化反应共有四条反应途径.最可能反应通道为CO插入Ag2O_2~-中的Ag—O键形成中间体[Ag—AgC(O—O)O]-,然后直接分解形成产物CO2和Ag2O-,或另一分子CO进攻中间体[Ag—AgC(O—O)O]-形成两分子产物CO2和Ag_2~-.在动力学上最难进行的反应通道为经历碳酸根双银中间体,需要克服约0.24eV的能垒.Ag_2~-催化CO氧化反应活性要高于Au_2~-.     

Au-Ag合金纳米粒子制备及其表面增强拉曼光谱研究

首先采用柠檬酸钠法制得Au-Ag合金纳米种子, 然后采用盐酸羟胺生长法得到不同组成的Au-Ag合金纳米粒子. 在其UV-Vis光谱中只观察到一个位于单金属银和金之间的等离子体共振峰, 表明Au-Ag合金纳米粒子已经形成. TEM结果表明, 合金纳米粒子的粒径约为60 nm, 且颜色均一, 没有明显的核壳结构. 用苯硫酚(TP)作为探针分子研究了合金纳米粒子的表面增强拉曼光谱(SERS). 结果表明, SERS强度与合金纳米粒子的组成和尺寸有关. 当纳米粒子粒径一定时, 除Au25Ag75外, 随着金的增加SERS强度增强. Au25Ag75的粒径比Ag小, 导致SERS强度比Ag低. Au50Ag50和Au75Ag25加入TP分子后, 其聚集方式与Au相似, 等离子体共振峰逐渐靠近1064 nm, 金含量较高时, TP的SERS归于聚集体的等离子体共振增强的贡献.     

Electron－rich Polynuclear Transition Metal Clusters：Ⅱ．Synthetic and Structural Studies of Some Polynuclear Coinage Metal Cluster Compounds

Ｅｌｅｃｔｒｏｎ－ｒｉｃｈＰｏｌｙｎｕｃｌｅａｒＴｒａｎｓｉｔｉｏｎＭｅｔａｌＣｌｕｓｔｅｒｓ：Ⅱ．ＳｙｎｔｈｅｔｉｃａｎｄＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＳｔｕｄｉｅｓｏｆＳｏｍｅＰｏｌｙｎｕｃｌｅａｒＣｏｉｎａｇｅＭｅｔａｌＣｌｕｓｔｅｒＣｏｍｐｏｕｎｄｓＨ...     

MTl (M＝Cu,Au, Ag)分子的势能函数与稳定性的密度泛函研究

根据原子分子反应静力学原理导出了MTl (M＝Cu, Ag, Au)分子基态电子状态及其离解极限, 并在B3LYP/LANL2DZ水平上计算了平衡几何、振动频率和解离能. 利用Murrell-Sorbie 函数拟合出了解析势能函数, 并计算出光谱参数和力常数. 计算结果表明该分子体系是稳定存在的, 其中AuTl分子具有强较稳定性.     

AucorePtshell础纳米粒子对甲醇氧化的电催化性能研究

应用两步化学还原法制备不同厚度的AucorePtshell纳米粒子，经紫外可见光谱（UV-Vis）、透射电子显微镜（TEM）表征．该金纳米颗粒经化学还原包裹铂后平均粒径明显增大，调节金与铂的含量可获得不同包裹厚度的AucorePtshell纳米粒子．循环伏安法研究表明，粒径为70-80nm的AucorePtshell纳米粒子对甲醇的氧化具有较好的电催化活性，并且其电催化性能随着电位循环扫描次数的增加而增强．