原子级精确金属纳米团簇（NCs）作为新兴功能材料研究热点，其物理化学性质高度依赖于独特的原子排列结构。尽管金、银等贵金属NCs已取得丰硕研究成果，但铜基NCs的结构调控与构效关系研究仍面临重大挑战。受限于铜较低的内聚能（3.49 eV vs. 金的3.81 eV），常规合成策略往往获得热力学稳定的准球形、立方体或棒状结构。特别值得注意的是，具有二维延展特征的扁平化铜NCs不仅制备难度大，更因其特殊的电子离域特性和表面原子排布模式，在催化、传感等领域展现出区别于传统三维结构的独特性能优势。
近日，在前期关于金属纳米团簇的合成以及功能应用的工作基础上（https://www.x-mol.com/groups/shenhuiketizu/publications）,内蒙古大学沈慧研究员团队和中国科学技术大学王嵩团队合作，创新性地制备出具有近红外区吸收特性的二维扁平结构铜纳米团簇（Cu62），该新型材料在808 nm激光照射下展现出优异的光热转换效率（η=56%）。相关成果发表在《JACS Au》，题目为“Flat-Shaped Copper Nanoclusters with Near-Infrared Absorption for Enhanced Photothermal Conversion”，内蒙古大学为该论文第一单位。
本研究通过三氟乙酸（CF3COO-）、对氟苯硫酚（4-F-PhS-）和三苯基膦（PPh3）的协同配位策略，成功制备了具有罕见扁平结构的原子级精确铜纳米团簇Cu62(4-F-PhS)30(CF3COO)8(PPh3)6H10)。该团簇的金属内核展现出高达2.6的纵横比，实现了铜纳米团簇结构上从各向同性到二维平面的精准调控。与常规铜纳米团簇不同，Cu62在近红外区表现出显著吸收特性，密度泛函理论（DFT）计算揭示其近红外吸收源于扁平内核量子限域效应诱导的径向激子振荡，与金属纳米颗粒的局域表面等离子体共振（LSPR）具有相似性。得益于独特的二维结构优势，该团簇溶液在808 nm激光照射（1.0 W/cm⟡）下表现出卓越的光热性能，10分钟内溶液温度从25°C快速升至89.5°C，光热转换效率（PCE）高达56%。
这项研究对首例具有大核扁平结构的铜纳米团簇进行详细研究，揭示了金属内核结构-电子跃迁-光热性能之间层层递进的构效规律，还为开发高效光热转换纳米材料提供又一新的研究模型，更是为探索具有独特结构与性质的类似纳米团簇注入全新活力，推动相关领域的不断深入研究。该工作得到了国家重点研发计划课题、国家自然科学基金、内蒙古大学“骏马计划”及内蒙古青年科技人才发展项目的大力支持。
【文章链接】
Flat-Shaped Copper Nanoclusters with Near-Infrared Absorption for Enhanced Photothermal Conversion
Bingzheng Yan,⊥ Jing Sun,⊥ Jiahe Liu,⊥ Lei Li, Hongwen Deng, Qinghua Xu, Song Wang,* and Hui Shen*
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacsau.5c00099
