近日，我院及能源材料协同中心曾晓成教授（美国内布拉斯加大学林肯分校Chancellor’s大学校长讲座教授）和中国科学院上海应用物理研究所高嶷研究员课题组（组员包括许文武博士和朱倍恩博士）通过分析大量实验和理论结构发现配体保护金团簇的金核部分可以分解为若干满足双电子规则的三角形和正四面体单元，并提出了一个解释配体保护金纳米团簇的稳定性及其生长机制的全统一模型GUM(Grand Unified Model)。相关研究成果发表在《自然-通讯》杂志上，第一作者是许文武博士。(A grand unified model for liganded gold clusters, Nat. Commun. 7, 13574 doi: 10.1038/ncomms13574 (2016))。
长期以来，配体保护金纳米团簇因其独特的结构和物理化学性质以及在催化、纳米技术及生物医学等领域广泛的应用前景得到了广泛关注。到目前为止，已经有大量的配体保护金纳米团簇被成功结晶出来。人们已经提出了一些相互独立的理论模型来理解这些团簇的结构稳定性，例如用来解释部分含有幻数价电子金团簇的超原子体(Superatom Complex)模型和用来解释部分低对称性金团簇的超原子网络(Superatom Network)模型。但是到目前为止，这个领域始终缺乏一个普适及统一的理论模型来描述所有配体保护金纳米团簇的稳定性及其生长机制。
基于以上问题，研究人员提出了一个全统一模型GUM来实现对迄今为止报道的所有71个配体保护金纳米团簇的基本理。，他们的灵感来自于通过组合三个夸克(或者flavours of quarks)形成复合粒子(例如质子和中子)的基本粒子模型。在这里团簇核里的金原子被指定为三个“flavours”(即bottom，middle和top)之一，用来表示金原子三个可能的价态。全统一模型中的“复合粒子”(类比于质子和中子)包括满足双电子规则的三角形Au3及四面体Au4两个基本单元。这个模型里的双电子规则跟普通化学中的八电子规则类似。当这些基本单元密集堆积在一起时，就形成了各种各样的配体保护金纳米团簇里的金核部分。运用全统一模型GUM，他们可以完全理解目前已发表的71个配体保护金纳米团簇的丰富结构及其生长机制。除此之外，他们还能预测一系列高度稳定的金团簇，从而通过理论设计去指导全新的配体保护金纳米团簇的合成。
上述研究得到了中国科学技术大学能源材料协同中心以及国家自然科学基金委等项目的资助。