由于多核金屬簇合物具有納米尺寸的分子結(jié)構(gòu)及在光、電、磁方面的有趣性質(zhì)，多核金屬配合物的設(shè)計(jì)、合成以及結(jié)構(gòu)研究已成為人們研究的熱點(diǎn)。盡管形狀各異，性質(zhì)新奇的多核金屬簇合物被合成出來，但是對(duì)多核金屬簇合物的形成機(jī)理只能間接地從最終形成的分子結(jié)構(gòu)推測(cè)。目前，從分子水平上理解簇合物的生長及成核的細(xì)節(jié)還非常模糊，即如何從簡單的金屬離子和配體在溶液中逐步生長成為更大的分子簇是目前該領(lǐng)域研究的難題。孫頔副教授課題組首先利用“一鍋煮”方法，室溫超聲合成了一種高對(duì)稱性錳氧簇，通過單晶結(jié)構(gòu)測(cè)試分析發(fā)現(xiàn)，該分子中有19個(gè)錳中心，并且他們的排列基本處于一個(gè)平面，且呈三次軸對(duì)稱性。該化合物溶于乙腈之后，在質(zhì)譜中發(fā)現(xiàn)由十九個(gè)錳原子組成的盤子內(nèi)核在溶液中可以保持完整，但是外圍配體和陰離子發(fā)生了一些配位交換反應(yīng)。同時(shí)利用高分辨質(zhì)譜來跟蹤其反應(yīng)溶液中的各物種濃度隨時(shí)間的變化，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)初期存在高濃度的Mn10，Mn12，以及Mn14物種，隨著時(shí)間推移這三個(gè)主要的中間體物種濃度減小，同時(shí)發(fā)現(xiàn)Mn19物種出現(xiàn)并且隨時(shí)間推移濃度逐漸增強(qiáng)，這就說明該錳氧簇的生長機(jī)理是沿著是Mn1→Mn7→（Mn10, Mn12,Mn14）→Mn19這樣一條路徑而來。依據(jù)上述質(zhì)譜實(shí)驗(yàn)結(jié)果，首次提出了此類簇合物的“平面外延生長”機(jī)理。該工作為理解簇合物的可控組裝及生長機(jī)理的理解提供了很好的范例。
該研究在孫頔副教授的指導(dǎo)下主要由泰山學(xué)堂2011級(jí)本科生鄧永愷完成。廈門大學(xué)鄭蘭蓀院士團(tuán)隊(duì)的譚元植教授和蘇海峰博士為高分辨質(zhì)譜測(cè)試提供了大力支持，法國斯特拉斯堡大學(xué)M. Kurmoo為該簇合物的磁學(xué)行為給予解釋，山東大學(xué)佟振合院士團(tuán)隊(duì)的王文光教授課題組為電化學(xué)測(cè)試給予支持。除本項(xiàng)研究外，孫頔副教授課題組近期在多核金屬簇合物化學(xué)方面已取得了系列進(jìn)展，包括幾何學(xué)指導(dǎo)的多面體Ag37簇的合成和表征(Nanoscale, 2015, 7, 8284-8288)、發(fā)現(xiàn)普適性的扭曲三棱柱形九核銀簇的組裝方法(Chem. Eur. J.2016, DOI:10.1002/chem.201504799.)、多酸離子模板的核殼銀硫納米分子（Chem. Asian J. 2015, 10, 1295 – 1298）等。
該研究得到國家自然科學(xué)基金委青年基金（21201110），面上項(xiàng)目（21571115）和重大儀器研究專項(xiàng)（21227001）的資助。
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