中科院上海應(yīng)用物理研究所水科學(xué)與技術(shù)研究室高嶷研究員課題組與美國內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校的曾曉成教授合作，提出了一個用于解釋配體金納米團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及其生長機(jī)制的普適模型GUM(Grand Unified Model)。相關(guān)研究成果近日發(fā)表在《自然-通訊》雜志上。

眾所周知，“八電子規(guī)則”是現(xiàn)代化學(xué)的理論基礎(chǔ)，是理解和解釋主族元素分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和物化性質(zhì)的基石。隨后發(fā)展的“十八電子規(guī)則”和“Wade規(guī)則”在20世紀(jì)也取得巨大成功，成為理解過渡金屬分子和小尺寸團(tuán)簇的基本化學(xué)理論。但隨著近20年來納米技術(shù)的巨大進(jìn)展，傳統(tǒng)化學(xué)理論是否在納米尺度仍然適用引起人們廣泛關(guān)注。特別對于金屬納米團(tuán)簇，迄今人們普遍認(rèn)為其是由一個一個金屬原子隨機(jī)生長而來，并不存在一個普適的化學(xué)規(guī)則。

長期以來，配體金納米團(tuán)簇因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)以及在催化、納米技術(shù)及生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域廣泛的應(yīng)用前景得到了廣泛關(guān)注。近10年來，隨著一系列大尺寸的配體金納米團(tuán)簇被成功結(jié)晶，人們試圖提出理論模型解釋其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，但并未獲得普遍成功。上海應(yīng)物所的許文武博士、朱倍恩博士在高嶷研究員指導(dǎo)下，與美國內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校和中國科技大學(xué)的曾曉成等合作，建立了一個普適模型，實現(xiàn)了對迄今為止報道的所有71個配體金納米團(tuán)簇的基本理解。該模型認(rèn)為每個金原子有三個不同的電子價態(tài)，三個或者四個金原子可以滿足2電子的滿殼層電子態(tài)，從而構(gòu)成基本的結(jié)構(gòu)單元(三角形Au3和四面體Au4)。當(dāng)這些基本單元堆積在一起時，就形成了結(jié)構(gòu)各異的穩(wěn)定的金納米團(tuán)簇。該模型的建立，有力的證明了金納米團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)和生長遵循著基本的化學(xué)規(guī)律，從而為進(jìn)一步理解金以外的金屬納米團(tuán)簇打開了新的思路。由于這個模型非常類似于粒子物理中的基本粒子模型(即夸克有不同的“味”，三個夸克構(gòu)成質(zhì)子和中子，并進(jìn)一步構(gòu)成原子核和原子)，所以被稱為“大統(tǒng)一模型”（Grand Unified Model）。研究人員利用該模型預(yù)測了一系列高度穩(wěn)定的金團(tuán)簇，從而為實現(xiàn)基于化學(xué)規(guī)則的納米金團(tuán)簇可控合成提供了基礎(chǔ)。

據(jù)悉，該項研究工作得到了中國科學(xué)院、上海應(yīng)物所、國家自然科學(xué)基金委、上海市科委、中組部、中國科技大學(xué)以及深圳超算中心、國家超級計算天津中心和上海超算中心以及NSFC-廣東聯(lián)合基金（第二期）超級計算科學(xué)應(yīng)用研究專項的共同資助和支持。