利用“原子杂交”手段精确控制纳米金属原子簇的合成

摘要：

日本东京工业大学的研究人员通过将多种元素混合，再对其进行精确控制，成功开发出了一种制备新材料的技术。据报道，该技术是基于一种被称为原子杂交的概念，这也许为人类开辟了又一个未知的化学领域，会极大的促进新型功能材料的发展。

背景

多金属原子簇——通常是指由三种或三种以上金属原子彼此直接键合，形成金属—金属键(简写为M-M)的物种，因其具有纯金属无法比拟的性能而备受关注。如果将各种金属元素进行自由组合，便有望得到一些尚未发现的物质，并开发出许多具有优异性能的材料。由于不同金属原子之间的分离较困难，所以到目前为止还没有关于多金属原子簇与四种以上金属元素混合的报道。目前，实现各原子之间有效分离的唯一办法便是，将金属簇尺寸小型化到纳米级别，才能迫使不同的金属原子在一个小空间中进行充分混合。但是，以当前的技术手段却很难实现这一点。

综述

由Takamasa Tsukamoto、TakaneImaoka、Kimihisa Yamamoto等人组成的团队开发出了一种原子杂交技术，其首次合成了由5种以上金属元素组成的多金属原子簇，并成功对其尺寸和成分实施了精确的控制。该技术使用树枝状分子模板[2]作为一个微小“支架”，以实现金属盐离子的有效沉积，然后将不同金属离子吸收到树枝状聚合物中，再通过化学还原法得到多金属原子簇。与传统方法相比，该技术可以有效抑制金属原子簇的长大，使各类原子得到有效分离。该团队已经成功制备出由镓（Ga）、铟（In）、金（Au）、铋（Bi）和锡（Sn）以及铁（Fe）、钯（Pd）、铑（Rh）、锑（Sb）和铜（Cu）组成的五元金属原子簇，甚至是由镓（Ga）、铟（In）、金（Au）、铋（Bi）、锡（Sn）和铂（Pt）组成的六元金属原子簇。此外，他们表示制备由八种或更多金属组成的原子簇也是有可能的。

发展前景

这种使用树枝状大分子模板的原子杂交技术，可以用来合成超细型多金属原子簇，并能对其尺寸和成分进行精确控制。元素周期表中有超过90多种金属，通过对金属元素、原子性质和成分的无限组合，该技术有望在纳米尺度上开辟出一个新的化学领域。目前的研究标志着，人类在合成各种新型材料的道路上又迈出了重大的一步。

技术术语

[1]原子杂交：是指一种在纳米尺度上，利用树枝状大分子作为纳米模板来制备金属原子簇的合成方法。通过将不同金属离子吸收到树枝状聚合物中，再利用化学还原法得到多金属原子簇。

[2]树枝状大分子模板：又称树枝状聚合物，是每个重复单元上带有树枝化基元的线状聚合物，一个树枝状聚合物大分子往往包含数千树枝化基元。与普通高分子聚合物不同，树枝状聚合物具有低粘度、高溶解性、可混合性以及高反应性等特点。可认为设计出具有巨大内部疏水空间(hydrophobic void spaces)，而表面却是亲水性质的树枝状聚合物。该团队正是通过使用一种适合于金属原子组装的树枝状大分子模板，才得以精确的控制原子的排布。

文章来源于sciencedaily网站，由材料新闻在线团队编译，原文题目：Breakthrough in blending metals—— Precise control of multimetallic one-nanometer cluster formation achieved