科研

人造“原子”———纳米团簇问世近日，中科院物理所表面物理国家重点实验室薛其坤和贾金锋领导的研究组研制成功纳米新材料———纳米团簇，在国际材料科学研究领域和工业界引起了强烈反响。从性质上来说，纳米团簇是一种人造“原子”。如果纳米团簇能够像晶体中具有内在特定原子序数的原子一样具有自己特定的大小并自发地排列成周期排列的有序结构，这就构成了一种自然界不存在的新的凝聚态物质形式。科研组巧妙地利用周期纳米模板上的幻数原子成簇现象，制备出了几乎完美的这类二维人造晶格。这种新的物质形式在纳米电子学、超高密度信息…     

金属纳米团簇结合能的计算模型

金属团簇在尺寸较小时一般为多面体形.通过考虑团簇的内部原子、面上原子、棱上原子以及顶点原子对团簇结合能的贡献,将键能模型推广至纳米团簇体系.计算表明,虽然棱上原子以及顶点原子对大尺寸微粒的结合能贡献不大,但对于团簇的结合能计算则特别重要.推广后的键能模型可以被用来研究不同形状团簇的结构稳定性和熔化热力学等.     

锗基笼状掺杂团簇的结构、稳定性和光谱性质

锗是重要的半导体材料之一,已被广泛应用于微电子工业领域中。本文利用密度泛函B3LYP方法,对AuGe+n(n=10~13)掺杂笼状团簇的结构、稳定性和光谱性质进行了理论研究。结果表明,每种团簇的基态结构都为Au原子内嵌的笼状构型,并且它们具有很强的平均键能和较高的配位数。通过对稳定的AuGe+12和AuGe+13团簇的红外和拉曼光谱进行理论模拟,找到了它们的特征吸收峰。并且,通过对这些团簇电子跃迁模式的研究,进一步探究Au原子掺杂团簇的光学效应。这些研究结果将为以后实验制备和表征提供重要的理论依据。     

动力学Monte Carlo模拟原子相互作用对薄膜外延生长的影响

运用动力学蒙特卡罗方法模拟两种原子组成的薄膜外延生长时形成纳米团簇的过程,通过分析原子相互作用能和相分离的关系,发现动力学影响对纳米团簇的形貌起主导作用,给出原子发生分离时相互作用能满足的条件为(EAA+EBB-2EAB)>0,动力学Monte Carlo模拟结果也同样显示,在适当高的温度范围内,当两种原子的相互作用能满足(EAA+EBB-2EAB)>0条件时,分子外延薄膜生长会趋于相分离进而形成纳米团簇。     

可以批量生产可生物降解的塑料新技术出现了

正内布拉斯加-林肯大学研发了一种可降解塑料的纤维。内布拉斯加州的研究者和他们的同事们展示了一个新型技术不仅可以改善生物塑料的性质,还可以简化它的制作流程,使其与以石油为基础制作塑料的同行相比更具竞争力。内布拉斯加-林肯大学和江南大学的最新研究表明,介绍了一种简单的源于植物的生产步骤,可生物降解的塑料可以提高其性能,同时还能克服商业制造带来的障碍。内布拉斯加州的Yiqi Yang和他的同事     

新型的单原子层团簇催化剂

"单原子层团簇"催化剂这一新概念,不同于单原子催化剂和传统的纳米颗粒催化,是由单原子建造新型的二维单原子层催化剂.单原子层团簇催化剂的活性中心明确,且原子间的相互作用会极大提高催化反应的选择性.因此该催化剂材料不仅具有优异的催化性能,还具有良好的选择性.基于此,作者同时分析和指出了未来的单原子层团簇催化剂的可能重点研究...     

纳米金增强掺磷四面体非晶碳膜的电化学活性

采用电沉积法在过滤阴极真空电弧技术合成的掺磷四面体非晶碳(ta-C∶P)薄膜表面沉积纳米金团簇,制备纳米金修饰的掺磷非晶碳(Au/ta-C∶P)薄膜电极。利用X射线光电子能谱、拉曼光谱、扫描电子显微镜和电化学伏安法表征ta-C∶P和Au/ta-C∶P的微观结构、表面形貌和电化学行为。结果表明,-80V的脉冲偏压更利于磷原子进入碳的网络,并明显增加薄膜的电导率和电化学活性。纳米金团簇可增加ta-C∶P电极的有效面积,提高对铁氰化钾氧化还原反应的活性和电极可逆性,增强对多巴胺的催化活性。研究结果揭示ta-C∶P和Au/ta-C∶P薄膜在电分析及生物传感器方面的潜在应用。     

密度泛函理论研究贵金属耦合纳米团簇的静电极化率与吸收光谱

基于密度泛函理论计算了2个贵金属(Ag、Au、Cu)纳米团簇组成的团簇对的静电极化率和吸收光谱,结果表明这2个团簇之间存在强烈的静电耦合效应,其贡献主要来自于外加弱电场下团簇之间的电荷迁移和电子云的扭曲。随着团簇对间距的不断增大,静电极化率先增大后减小,存在一个极化率最大的最佳位置。在团簇对的吸收谱中,随着团簇对间距的增加,高能峰的位置和强度基本保持不变,而低能峰则不断蓝移且峰值先增大后减小,最终消失于高能峰的位置。进一步计算团簇-吡嗪和团簇-吡嗪-团簇体系的静电极化率和吸收光谱,结果发现团簇连接有机小分子后部分电子将从有机小分子向团簇迁移,使整个体系具有较大的固有极矩,在外加弱电场下,团簇与有机小分子之间的电荷迁移能力显著增强。     

双金属AunCu0- (n=1~9) 团簇结构、稳定性、电子及光学性能研究

为了探究铜掺杂金团簇的结构及特性,依据密度泛函理论对Au_nCu^{0/-(n=1~9)团簇的结构、稳定性、电子及光学性能进行了系统分析。基于卡利普索结构预测程序,在B3LYP/Lanl2dz水平下优化得到了不同尺寸的基态结构。研究表明,除Au₇Cu和Au₈Cu-呈现三维结构外,其它尺寸下的基态均呈现二维平面结构。而且,Au_nCu0/-的基态可通过在Aun-1Cu0/-}基态基础上添加一个Au原子得到。稳定性分析确定了Au₅Cu和Au₂Cu-团簇在各自体系中拥有相对强的稳定性。磁性分析发现,闭壳层电子结构体系的总自旋磁矩为零;开壳层电子结构体系分别具有1 μB的总磁矩。分析极化率表明,Au₉Cu和Au₉Cu-团簇对外场的各向异性响应最强,AuCu和Au₃Cu-团簇对外场的各向异性响应最弱。AdNDP分析发现,众多σ键连通了整个分子骨架,促进了整个团簇的稳定。基于Multiwfn程序,拟合的光电子能谱、红外谱、拉曼谱和紫外可见光谱可为实验上鉴别Au_nCu^0/-团簇的结构提供帮助。     

Co吸附二氧化硅团簇的几何结构、光电及磁学特性

基于密度泛函理论中的广义梯度近似方法,系统地研究了Co(SiO2)n(n=1-7)团簇的几何结构、光电特性和磁学性质。结果表明:受悬挂键和电子云分布影响,单个Co原子以一定倾角吸附在稳定性很好的(SiO2)n(n=1-7)链状团簇上,多个Co原子却在其上发生团聚作用;不断减小的垂直电离势和不断增大的电子亲和势使得Co(SiO2)n(n=1-7)团簇的硬度随着团簇尺寸的增大而降低;Co原子的吸附使得非磁性二氧化硅转化为磁性复合团簇,随着Co原子数目的增多磁矩不断增大,结合该团簇的近红外光吸收特性,从理论上证实了二氧化硅磁性复合材料既具有超顺磁性又可以吸收可见-近红外光,为其在医学界被用作光动力靶向治疗提供了理论依据。     

小尺寸锂硅团簇Si_nLi(n=1~10)的理论研究

采用密度泛函理论研究了锂硅团簇Sin Li(n=1~10)的结构、稳定性和电子性质。计算结果表明锂原子处于硅团簇表面并且位于硅原子的桥位更稳定。Sin Li团簇结合能表明锂原子的嵌入提高了硅团簇的稳定性。另外,锂原子的结合能说明锂与硅团簇的相互作用随着硅团簇尺寸的减小而增强,由此得到锂离子电池硅基负极材料嵌锂过程粉末化的一个重要原因。锂硅团簇的电离势、电子亲和势、化学势与能隙均表明Si4Li与Si7Li更容易失去一个α电子形成阳离子团簇。     

花状氧化锌的制备及光电性能的研究

采用聚乙二醇(PEG(2000))辅助的水热合成法制备出了粒径较为均匀的花状氧化锌纳米团簇,并用SEM、XRD对其进行了表征.实验结果表明,表面活性剂(PEG-2000)和氨水的加入量对ZnO纳米团簇的形貌有直接的影响;将ZnO纳米团簇均匀涂在导电玻璃的导电面上,在一定温度下煅烧后制成纳米团簇膜电极,并进行了光电化学研究.     

Investigation of self-assembly growth and thermal stability of Au nano-particles on atomic-layer-deposited Al2O3 film

在原子层淀积的Al₂O₃薄膜表面自组装生长Au纳米颗粒,研究了Au纳米颗粒的自组装过程和热稳定性. 结果表明,原子层淀积的Al₂O₃薄膜表面很容易吸附氨丙基三甲基硅烷(APTMS), 有利于Au纳米颗粒的自组装, 生长出的Au纳米颗粒尺寸为5--8 nm, 密度约为4×10¹¹cm^-2. 在300℃氮气中退火使Au纳米颗粒的尺寸增大, 但是没有改变APTMS的吸附状态和Au的化学组成. 当退火温度提高到450℃时, Au纳米颗粒发生明显的团聚, 且分布变得极不均匀.     

Y型沸石分子筛中CdSe半导体纳米团簇的制备及透射电镜的研究

采用离子交换法,以Y型沸石分子筛为基底,组装了CdSe纳米团簇.利用高分辨的透射电子显微镜考察了纳米团簇的分布、生长位置、粒径大小及形貌等.观察到排成周期阵列的量子点CdSe纳米团簇,量子点团簇相互连接形成超团簇颗粒.     

团簇线规律在合金相结构中的应用

研究了Zr-Al-Ni体系中合金相的团簇结构规律,指出了在合金相结构中团簇之间以不同方式共享原子的事实.共享后有效团簇的成分就是相成分,这类相称为非团簇相;共享后的有效团簇必须加上连接原子才能构成空间相结构,这类相称为团簇相.在典型的非晶形成体系Zr-Al-Ni中,团簇相有3个:AlNiZr-Fe_2P结构,Al_2NiZr_6-InMg_2结构和Al_5Ni_3Zr_2-Mn_(23)Th_6结构.对于团簇相的成分和结构,可以用模型(相成分=[有效团簇]+(连接原子))来解释.这种用来解释非晶成分的团簇线规律是对合金相成分和结构的一种全新理解.由于团簇的形成来源于组元间的负混合焓,这应该是合金相结构中普遍存在的规律.     

纳米团簇碰撞合并过程的分子动力学模拟

一直以来,金属纳米材料有着非常重要的应用价值且受到广泛关注,金属团簇碰撞合并过程的研究成果对认清团簇的沉积和纳米金属膜及块体材料的形成有重要的意义。采用Johnson的嵌入原子势(Embeded atom method,EAM)模型并结合分子动力学模拟方法,模拟金原子团簇在不同的碰撞平动速度作用下的碰撞合并过程,仅给弹团簇一定大小的碰撞动能,迫使两个团簇产生相对速度并发生相互碰撞合并,研究在不同的碰撞平动速度下和不同的团簇大小下对团簇碰撞合并过程产生的影响及对碰撞合并之后新团簇的性质产生的影响。在进行模拟碰撞之前,先对团簇进行了"退火"处理,只模拟了同等尺度大小的两个金原子团簇之间的碰撞合并过程。     

铜纳米团簇的制备及其荧光性能研究进展

金属纳米团簇具有独特的原子几何结构和分立的电子能级,在光、电、磁、催化和生物等领域中应用广泛。与金、银、铂纳米团簇相比,铜纳米团簇(Cu NCs)因具有低成本、低毒性、良好的生物相容性和独特的光学性质而备受关注,广泛应用于生物医学、环境检测等多个领域,并表现出了良好的荧光性能,是传统荧光材料如有机染料及半导体量子点的有效替代物。归纳了Cu NCs近几年在国内外的研究进展,对Cu NCs的合成方法及荧光性质进行了系统阐述。之后系统性介绍了Cu NCs在生物检测领域与环境检测领域的应用,并在最后分析了Cu NCs的研究及其在相关领域应用存在的主要问题及机遇。     

催化中的极限结构:单原子,亚纳米团簇和电子（英文）

催化剂的尺寸在降低到原子尺度时表现出显著的性能提升,如原子利用率提高、配位不饱和度增强和比表面积增加.为了实现高效催化,针对原子分布和电子行为的精细设计与调控至关重要,由此引入了“极限结构”这一概念.极限结构涵盖了单个原子、双原子,单个原子链/层和亚纳米团簇等结构.围绕这些极限结构在原子和电子尺度上研究催化剂,可以更深入地理解其本征性质并为未来的催化剂设计提供新的方向.本文总结了极限结构在催化应用中的最新进展和研究方向,重点讨论单原子、亚纳米团簇和电子尺度的反应动力学.特别关注极限结构的优化策略,如金属-支撑作用增强、缺陷和电子结构调控.探讨了各种极限结构之间的相互关系,强调了每个结构的特性.最后,展望了极限结构在催化领域的未来发展趋势.     

扩散、合并和粗化:沉积在液体基底表面Ag原子团簇及薄膜的演变过程

研究了沉积在液体基底表面的Ag原子团簇的扩散、合并和粗化机制。对薄膜生长过程的原位观察结果表明 :沉积在硅油表面的Ag原子首先凝聚成具有网状结构的薄膜 ;然后薄膜破裂成分枝状的碎片 ,并逐渐凝聚成准圆形团簇 ;通过扩散和合并 ,准圆形团簇的尺寸随时间而增大 ,其数密度随时间而减小。研究发现 ,准圆形团簇对的扩散系数D和团簇对的总面积S0 满足指数关系D∝S-α0 ,其中指数α =0 5 4± 0 0 8。此外 ,还对Ag原子准圆形团簇的相对尺寸分布函数及凝聚速率做了详细研究。     

日本计划用不同原子量的硅制造新型元件

日本大阪市立大学研究生院理学教授谷垣胜己和日本庆应大学理工院物理信息工学专业副教授伊藤公,日前证实了以46个硅原子(Si)骨架的纳米团簇分子(硅簇)表现的超导特性源于BCS结构。这项研成果可用来分离原子量分别为28、9和30的硅原子。谷垣和伊藤今后以半导体产业的主要材料硅为基础,过利用原子量的差异,着手开发超临界温度(Tc)较高的超导元件和于核自旋(NuclearSpin)的量子件。自然界存在的硅,92.2%原子量28,剩下的7.8%原子量为29和0。此次完全分离了28Si(原子量为8的硅)、29Si和30Si,并分离使用8Si和30Si,合成了由46个硅原子和个钡…