杨学明在扫描隧道显微镜研究金属纳米团簇方面取得新进展

yuandong

近日，我所分子反应动力学国家重点实验杨学明研究员（1102组）、马志博副研究员（1114组）与厦门大学郑南峰教授及芬兰于韦斯屈莱大学Hannu Hakkinen教授合作，通过低温超高真空扫描隧道显微镜（STM）研究原子结构精确已知的Ag374纳米团簇的表面配体，获得亚分子水平超高分辨，结合DFT理论计算与模板识别算法，实现对表面配体形貌和结构以及团簇取向的识别。相关研究工作成果发表在《自然·通讯》（Nat. Commun.）上。

[size=+0]　　纳米颗粒的实空间成像对于理解颗粒尺寸、形状、组装、结构以及稳定性之间的关系具有十分重要的意义。因为这些基本特性决定了团簇颗粒在诸多应用如催化、药物传递、生物感应以及医疗诊断上的功能。研究者们通过原子力显微镜（AFM）以及STM已经对平面上的有机分子进行了大量原子级分辨率的研究，然而对于纳米颗粒表面有机层的成像却是一个极大的挑战。首先高曲率的纳米颗粒表面会导致空间上的强针尖卷积效应，导致纳米颗粒尺寸及形状呈现不均一；其次纳米颗粒结构未知，表面有机物层对于STM来说分析难度大，而且也难以通过理论模拟出准确的AFM或者STM图像。

　　在本工作中，该研究团队以原子结构精确的Ag374纳米团簇作为研究对象，利用低温超高真空扫描隧道显微镜分别在LHe及LN2温度下获得了单个团簇亚分子高分辨率的拓扑图像。结合LN2温度下单个叔丁基苯硫酚（TBBT）分子在Au(111)表面的高分辨STM图像以及Ag374的DFT理论STM图，证明Ag374的高分辨STM图中呈现出了单个TBBT的形貌，并且可分辨出单个甲基基团。随后，借助“图像识别”原理，通过STM模拟图像数据库以模板识别方法找到了高度匹配的团簇取向。此工作为将来基于应用设计功能性的纳米团簇提供了指导与帮助。

[size=+0]　　该工作得到了国家自然科学基金、中科院先导项目、国家重点研发计划和开放课题基金等项目的资助。