基于金属团簇聚合物制造功能材料的技术

芬兰和中国厦门的大学的研究人员发现了一种新颖的方法,可以从纳米尺寸的34原子银金金属互化物簇中制备功能性宏观晶体材料。团簇材料具有高度各向异性的导电性,在一个方向上是半导体,而在另一个方向上是电绝缘体。

图a:在水平方向上具有簇间金属-金属键的34个原子的银-金簇的线性聚合物的可视化(金:橙色,银:绿色,配体分子(乙炔金刚烷)用灰色棒表示) 。图b:以绕水平轴旋转90度的视图显示了簇状聚合物中金属原子的堆积。图片来源:彭元/厦门大学

新发现

通过湿化学合成金属簇,在甲醇和氯仿或二氯甲烷的混合物中加入金和银盐以及乙炔金刚烷分子。

所有合成均产生具有相同原子结构的相同的34原子银-金簇,但令人惊讶的是,使用二氯甲烷/甲醇溶剂在簇形成于溶液中并生长出由排列成直角的人毛厚的单晶后引发了聚合反应。

晶体在聚合物方向上表现为半导体材料,在横向方向上表现为电绝缘体。这种现象是由于在聚合物方向上的金属-金属原子键合引起的,而在横向方向上,金属簇被一层乙炔金刚烷彼此隔离。

通过使用密度泛函理论的计算机密集型模拟对簇状材料进行的理论建模预测,该材料的电子激发能隙为1.3 eV。

这是通过测量布局中的光吸收和电导率来证实的,在布局中我们安装了单晶作为场效应晶体管的一部分,这显示了该材料的p型半导体特性。与横向相比,沿着聚合物方向的电导率约为1800倍。

重大意义

“观察到聚合物形成可以通过简单的改变溶剂分子的方式来控制,我们对此感到非常惊讶。我们很幸运地发现了这一点,但我们希望这一结果能够在将来用于设计具有所需结构的纳米结构材料功能”,领导实验工作的厦门大学教授郑南峰说。

“这项工作展示了一个有趣的例子,说明了如何在纳米材料的自下而上合成中设计宏观材料的性能。由于必须建立大规模模型来考虑纳米粒子的正确周期性,因此该材料的理论建模颇具挑战性。”

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