纳米材料与纳米团簇

自组装制备纳米材料的研究现状摘要文章综述了纳米材料各种制备方法，提出了应用自组装技术制备纳米材料。

评述了其在制备纳米材料时的机理、优缺点。

综述了纳米材抖的各种制备方法，提出了应用自组装技术制备纳米材料。

并对国内外应用自组装技术制备纳米材料(如纳米团簇、纳米管、纳米膜等)的研究现状进行了综述。

关键字：纳米材料自组装纳米团簇纳米薄膜前言纳米材料是20世纪80年代中期发展起来的一种具有全新结构的材料，它所具有的独特性质，使它在磁学、电学、光学、催化以及化学传感等方面具有广阔的应用前景。

自组装技术从纳米材料出现开始就一直应用于纳米材料的制备，只不过当时没有明确地将其作为一种方法提出。

到目前为止，自组装技术已能用来制备纳米结构材料，如纳米团簇、纳米管、纳米环、纳米线、多孔纳米材料、功能化纳米材料、功能化纳米级膜及有机/无机纳米复合材料。

纳米科学生命科学技术、信息科学技术和纳米科学技术是本世纪科技发展的主流方向。

纳米科学技术是在纳米空间对原子、分子及其他类型物质的运动与变化规律进行研究，同时在纳米尺度范围内对原子、分子等物质结构单元进行操纵、加工的一个新兴科学领域。

著名物理学家诺贝尔奖获得者Richmd P．Feynman在1959年l2月指出”There is a plenty of room at the bottom”,并预言，如果人类按照自己的意志去安排一个个原子，将得到具有独特性质的物质。

1981年G．Binning教授和H.Rohrer 博士发明了扫描隧道显微镜(scanning tunneling microscopy，STM)，使人类首次能够直接观察原子，并能通过STM对原子、分子进行操纵。

1990年7月，在美国巴尔的摩召开了第一届国际纳米科学技术学术会议，这标志着纳米科学技术作为一个新兴的领域正式形成，纳米材料学成为材料科学的一个新分支。

2000年7月美国国家科学技术委员会宣布实施纳米技术创新工程，并将纳米计划视为下一次工业革命的核心。

绪论1、纳米科技的提出：源自于费曼大师1959年在美国物理学会年会上的一次演讲。

Richard Feynman：世界上首位提出纳米科技构想的科学家。

2、纳米材料（1）纳米材料的定义：物质结构在三维空间至少有一维处于纳米尺度，或由纳米结构单元组成且具有特殊性质的材料（也是以维数划分纳米材料的原因）（2）纳米尺度：1-100 nm范围的几何尺；纳米的单位:1 nm = 10^-9 m，即千分之一微米(μm)。

（3）纳米结构单元：具有纳米尺度结构特征的物质单元，包括纳米团簇、纳米颗粒、纳米管、纳米线、纳米棒、纳米片等（4）纳米材料的维度：○1零维：纳米团簇、纳米颗粒、量子点（三维尺度均为纳米级，没有明显的取向性，近等轴状）○2一维：纳米线、纳米棒、纳米管（单向延伸、二维尺度为纳米级、第三维尺度不限，、直径大于100 nm，具有纳米结构）○3二维：纳米片、纳米带、超晶格、纳米薄膜（一维尺度为纳米级，面状分布，，厚度大于100 nm，具有纳米结构）○4三维：纳米花、四脚针等（包含纳米结构单元，三维尺寸均超过纳米尺度，由不同型低维纳米结构单元复合形成）（5）纳米材料的分类○1具有纳米尺度外形的材料○2以纳米结构单元作为主要结构组分所构成的材料3、久保理论：即金属的超微粒子将出现量子限域效应，显示出与块体金属显著不同的性能；金属纳米粒子，量子限域效应。

4、扫描隧道电子显微镜(STM)：将探针靠近导电材料表面进行扫描，获得表面图像。

分辨率达0.1~0.2 nm，可以直接观察和移动原子。

5、原子力显微镜(AFM)：利用针尖和材料原子间的相互微弱作用力来获得材料表面的形貌图像。

可用于研究半导体、导体和绝缘体。

AFM三大特点：原子级高分辨率、观察活生命样品和加工样品的力行为成就。

6、纳米科技的研究内容：纳米科学、纳米技术与纳米工程分支学科：纳米力学：研究物体在纳米尺度的力学性质纳米物理学：研究物质在纳米尺度上的物理现象及表征纳米化学：研究纳米尺度范围的化学过程及反应纳米生物学：利用纳米的手段解决生物学问题，在分子水平揭示细胞内外的物质、能量与信息交换机制；纳米医学：利用纳米科技解决医学问题的边缘交叉学科纳米材料学：包括纳米材料的成分、结构、性能与使用效能四个方面。

《纳米材料与团簇物理》课程报告题目纳米团簇研究进展及其应用魏智强指导教师祝杰名姓908 级班级班082070205016 号学纳米团簇研究进展及其应用团簇和纳米体系是20世纪末发展起来的崭新领域，它所研究的对象是既不同于原子、分子，又不同于宏观物体的中间体系，现在普遍认为直径在1～100nm尺寸的颗粒属纳米粒子的范畴。

这段尺寸的粒子的物理和化学性质与大于100nm 以上的粒子有着明显的区别，但对其性质远没有深入研究。

迄今人工合成的最新枝状化合物的最大尺寸还只能达到10nm，而光刻的最小尺寸也只能接近100nm( Intel公司PentiumIII微处理器使用的光刻技术达到180nm)，胶体粒子和纳米团簇的尺寸大体位于这一间隙。

因此纳米团簇的发现正为填补这段间隙的研究架起了桥梁。

虽然早在1857年Faraday就对纳米级的金属胶体的制备和性质有所研究，但真正有目的地研究纳米材料却还是在20世纪60年代，到20世纪80 年代这方面的研究进程才明显加快。

这是人们过去从未进行研究的新领域，是人们认识物质世界的新层次。

它的丰富物理内涵，对物理提出了新的挑战，也是当前物理与其它学科交叉最富有活力的热点领域。

团簇和纳米体系是研究介观尺寸范围内出现的物理现象和物理效应。

纳米体系物理主要是探索尺寸限域引起的量子尺寸效应、量子限域效应、宏观量子隧道效应和表面效应，从而导致纳米体系具有与常规宏观体系和微观体系不同的新的物理现象和效应。

由于纳米材料尺寸小，与电子的德布洛意波长、超导相干波长及激子玻尔半径相比拟，电子局限在一个体积十分小的纳米空间，电子输运受到限制，电子平均自由程很短，电子的局域性和相干性增强。

尺度下降使纳米体系包含的原子数大大降低，宏观固体的准连续能带消失了，表现了分立的能级，量子尺寸效应十分显著，这使得纳米体系的光、热、电、磁等物理性质与常规材料不同，出现许多新奇特性。

例如纳米材料的熔点显著降低。

一般来讲，纳米结构材料与其对应的正常态材料相比，密度降低，强度和硬度提高，塑韧性改善，扩散能力提高，热膨胀系数增加，导热性减小，弹性模量降低。

纳米ir团簇
摘要：
一、纳米ir团簇的概述
二、纳米ir团簇的制备方法
三、纳米ir团簇的性能与应用
四、纳米ir团簇的发展前景
正文：
纳米ir团簇作为一种新兴的纳米材料，正逐渐引起科研界的关注。

纳米ir 团簇是由若干个原子组成的微观粒子，其尺寸在1到100纳米之间。

由于其独特的物理和化学性质，纳米ir团簇在许多领域都有广泛的应用前景。

纳米ir团簇的制备方法有多种，包括物理法、化学法和生物法等。

物理法主要是通过蒸发、溅射等手段制备；化学法则是通过化学反应生成纳米ir团簇；生物法则是利用生物分子作为模板，合成纳米ir团簇。

纳米ir团簇具有出色的性能，如高催化活性、高磁性、高光学性能等。

这些性能使其在许多领域得以应用，如催化、磁性材料、光电器件等。

此外，纳米ir团簇还具有较高的生物相容性，因此在生物医学领域也有广泛的应用，如药物传递、肿瘤治疗等。

展望未来，纳米ir团簇的发展前景十分广阔。

随着科研技术的不断进步，纳米ir团簇的制备方法和性能研究将更加成熟，进而推动其在各个领域的应用。

同时，纳米ir团簇在产业化进程中也面临一定的挑战，如规模制备、成本降低等。

但相信在不久的将来，纳米ir团簇将为我们带来更多的惊喜和便利。

总之，纳米ir团簇作为一种具有巨大潜力的纳米材料，其独特的性能和广泛的应用前景使其在科研和产业界备受关注。

纳米材料习题答案1、简单论述纳米材料的定义与分类。

答：最初纳米材料是指纳米颗粒和由它们构成的纳米薄膜和固体。

现在广义: 纳米材料是指在三维空间中至少有一维处在纳米尺度范围，或由他们作为基本单元构成的材料。

如果按维数，纳米材料可分为三大类：零维：指在空间三维尺度均在纳米尺度，如：纳米颗粒，原子团簇等。

一维：指在空间有两处处于纳米尺度，如：纳米丝，纳米棒，纳米管等。

二维：指在三维空间中有一维处在纳米尺度，如：超薄膜，多层膜等。

因为这些单元最具有量子的性质，所以对零维，一维，二维的基本单元，分别又具有量子点，量子线和量子阱之称。

2、什么是原子团簇? 谈谈它的分类。

3、通过Raman 光谱中任何鉴别单壁和多臂碳纳米管? 如何计算单壁碳纳米管直径? 答：利用微束拉曼光谱仪能有效地观察到单臂纳米管特有的谱线，这是鉴定单臂纳米管非常灵敏的方法。

100-400cm-1范围内出现单臂纳米管的特征峰，单臂纳米管特有的环呼吸振动模式；1609cm-1，这是定向多壁纳米管的拉曼特征峰。

单臂管的直径d与特征拉曼峰的波数成反比，即d=224/wd：单壁管的直径，nm；w：为特征拉曼峰的波数cm-14、论述碳纳米管的生长机理（图）。

答：碳纳米管的生长机理包括V-L-S机理、表面（六元环）生长机理。

（1）V-L-S机理：金属和碳原子形成液滴合金，当碳原子在液滴中达到饱和后开始析出来形成纳米碳管。

根据催化剂在反应过程中的位置将其分为顶端生长机理、根部生长机理。

①顶端生长机理：在碳纳米管顶部，催化剂微粒没有被碳覆盖的的部分，吸附并催化裂解碳氢分子而产生碳原子，碳原子在催化剂表面扩散或穿过催化剂进入碳纳米管与催化剂接触的开口处，实现碳纳米管的生长，在碳纳米管的生长过程中，催化剂始终在碳纳米管的顶端，随着碳纳米管的生长而迁移；②根部生长机理：碳原子从碳管的底部扩散进入石墨层网络，挤压而形成碳纳米管，底部生长机理最主要的特征是：碳管一末端与催化剂微粒相连，另一端是不含有金属微粒的封闭端；（2）表面（六元环）生长机理：碳原子直接在催化剂的表面生长形成碳管，不形成合金。

名词解释：1、纳米：纳米是长度单位，10-9米,10埃。

2、纳米材料:指三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围（1-100nm）或由他们作为基本单元构成的材料。

3、原子团簇:由几个乃至上千个原子通过物理或化学结合力组成的相对稳定的微观或亚微观聚集体（原子团簇尺寸一般小于20nm）。

4、纳米技术:指在纳米尺寸范围内，通过操纵单个原子、分子来组装和创造具有特定功能的新物质。

5、布朗运动：悬浮微粒不停地做无规则运动的现象.6、均匀沉淀法：利用某一化学反应使溶液中的构晶离子由溶液中缓慢地、均匀地释放出来，再与沉淀组分发生反应.7、纳米薄膜材料：指由尺寸在纳米量级的颗粒构成的薄膜材料或纳米晶粒镶嵌与某种薄膜中构成的复合膜且每层厚度都在纳米量级的单层或多层膜。

8、真空蒸镀：指在高真空中用加热蒸发的方法是源物质转化为气相，然后凝聚在基体表面的方法。

9、超塑性：超塑性是指在一定应力下伸长率≥100％的塑性变形。

10、弹性形变：指固体受外力作用而使各点间相对位置的改变,当外力撤消后,固体又恢复原状。

11、塑性形变:指固体受外力作用而使各点间相对位置的改变，当外力撤消后，固体不会恢复原状。

HAII—Petch公式：σ－－强度； H－－硬度;d－－晶粒尺寸；K－－常数纳米复合材料：指分散相尺度至少有一维小于100nm的复合材料。

14、蠕变：固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。

15、热塑性：物质在加热时能发生流动变形，冷却后可以保持一定形状的性质。

大题:纳米粒子的基本特性？（1）小尺寸效应：随着颗粒尺寸的量变，在一定条件下会造成颗粒性质的质变，由于颗粒尺寸的变小，所导致的颗粒宏观物理性质的改变称为小尺寸效应。

(2）表面效应：纳米粒子表面原子数与总原子数之比随着纳米粒子尺寸的减小而显著增加,粒子的表面能和表面张力也随着增加，物理化学性质发生变化。

（粒度减小,比表面积增大;粒度减小，表面原子所占比例增大；表面原子比内部原子具有更高的比表面能;表面原子比内部原子具有更高的活性)(3）量子尺寸效应:当金属粒子的尺寸下降到某一值时，金属费米能级附近的能级由准连续变为离散能级或能隙变宽的现象。

金属纳米团簇综述一、金属纳米团簇团簇，也称超细小簇。

团簇是由几个乃至上千个原子、分子或离子通过物理或化学结合力组成的相对稳定的微观或亚微观聚集体，其物理和化学性质随所含的原子数目而变化。

团簇的空间尺度是几埃至几百埃的范围，用无机分子来描述显得太小，用小块固体描述又显得太大，许多性质既不同于单个原子分子，又不同于固体和液体，也不能用两者性质的简单线性外延或内插得到。

因此，人们把团簇看成是介于原子、分子与宏观固体物质之间的物质结构的新层次，是各种物质由原子分子向大块物质转变的过渡状态。

而金属纳米团簇是团簇的一种，其一般由少则数个、多则上百个原子组成，其尺寸与电子费米波长相当，并且因为其超小尺寸、冷光性、耐光性和生物相容性的特点，近年来成为纳米材料的明星成员。

二、金属纳米团簇的合成方法与机理1、直接合成法以制备Au(I)举例，在硫醇配体的存在下，Au(III)会被转化成Au(I)-SR络合物，然后通过还原剂(NaBH4)直接将Au(I)-SR络合物还原成团簇。

根据报道，在合成用谷胱甘肽(GSH)保护的金纳米团簇时，采用这种方法，虽然合成步骤比较方便，但是合成的团簇的尺寸比较分散，包括了Au10(SG)10、Au15(SG)13、Au15(SG)14、Au22(SG)16、Au22(SG)17等等，并且产率很低。

值得一提的是，在这种方法中，有两个关键的步骤：1）热力学选择：即通过反应温度的控制，从而控制反应过程中的某一产物的形成；2）动力学控制：即通过还原剂的强弱以及加入的快慢等来控制产物的形成，比如强还原剂LiAlH4、NaBH4，温和还原剂NaBH3CN、CO等等。

Figur1.1 NaBH4直接将Au(I)-SR络合物还原成团簇示意图。

Figue1.2 通过还原合成[Au25(SR)18]-团簇示意图。

2、种子生长法种子生长法即采用较小尺寸金属纳米团簇作为种子，逐步生长为较大尺寸金属纳米团簇的方法。

pt纳米团簇Pt纳米团簇是一种具有特殊结构和性质的纳米材料。

Pt代表铂元素，是元素周期表中的一种贵金属，具有优异的化学稳定性和催化活性。

纳米团簇是由几个铂原子组成的超小尺寸团体，其尺寸通常在1到10纳米之间。

Pt纳米团簇具有许多独特的性质和应用潜力。

首先，由于其小尺寸和高表面积，Pt纳米团簇具有很高的催化活性。

这使其在许多重要的化学反应中发挥重要作用，如氧化还原反应、氢气生成和氧还原反应等。

此外，Pt纳米团簇还可以作为催化剂用于汽车尾气净化和燃料电池等领域。

Pt纳米团簇还具有优异的光学性质。

由于其尺寸和形状的调控，Pt 纳米团簇可以显示出不同的光学特性，如荧光和表面增强拉曼散射等。

这使其在生物医学领域中有着广泛的应用，如生物成像和药物传递等。

Pt纳米团簇还具有优异的磁性。

通过在团簇表面引入磁性材料，可以使Pt纳米团簇具有磁性。

这种磁性可以用于磁性材料的制备和磁性储存等领域。

Pt纳米团簇的制备方法多种多样。

常见的制备方法包括溶剂热法、微乳液法和化学气相沉积法等。

这些方法可以通过调控反应条件和添加表面活性剂等手段来控制Pt纳米团簇的尺寸和形状，从而实现对其性质的调控。

尽管Pt纳米团簇具有许多优异的性质和应用潜力，但其在实际应用中还面临着一些挑战。

首先，Pt纳米团簇的制备成本较高，限制了其大规模应用。

其次，由于其尺寸和形状的调控较为困难，导致其性质的可控性较低。

此外，Pt纳米团簇在环境中的稳定性较差，容易发生聚集和氧化等现象。

为了克服这些挑战，研究人员正在不断努力。

他们通过开发新的制备方法、改进表面修饰技术和设计新型载体等手段，来提高Pt纳米团簇的制备效率和性能稳定性。

同时，他们还在探索Pt纳米团簇与其他纳米材料的复合应用，以进一步拓展其应用范围。

Pt纳米团簇是一种具有特殊结构和性质的纳米材料，具有优异的催化、光学和磁性等性质。

尽管面临一些挑战，但通过不断的研究和开发，相信Pt纳米团簇在能源、环境和生物医学等领域将有广阔的应用前景。

纳米材料的聚集状态及其对性能的影响近年来，纳米材料已成为材料科学与技术领域中备受瞩目的研究对象。

其独特的物理、化学和力学性能使其在诸多领域中具有广泛的应用前景。

然而，纳米材料的聚集状态对其性能有着重要的影响。

下面，我们将探讨纳米材料的聚集状态及其对性能的影响。

一、纳米材料的聚集状态纳米材料的聚集状态可以分为单分散和聚集两种情况。

单分散指的是纳米颗粒均匀分散在溶液或基底中，没有发生聚集现象。

而聚集则是指纳米颗粒之间发生相互接触或靠近，形成团簇或聚集态。

纳米材料聚集的形式多种多样，如团块状、链状、无规状等。

二、纳米材料聚集状态的影响因素纳米材料聚集的形态和程度受到多种因素的影响，主要包括溶液条件、表面性质以及相互作用力等。

首先，溶液条件对纳米材料的聚集状态具有重要影响。

溶液的浓度、温度、pH 值等参数都会影响纳米颗粒之间的相互作用力，从而影响其聚集态。

例如，高浓度的溶液中纳米颗粒之间的相互作用力较强，容易形成团簇或聚集态。

其次，纳米颗粒的表面性质对其聚集状态也起着关键作用。

纳米颗粒的表面性质与材料的尺寸、形态以及表面修饰有关。

表面修饰可以通过引入功能性分子、表面活性剂等手段进行，可以改变纳米颗粒之间的相互作用力，从而影响其聚集态。

最后，相互作用力是影响纳米材料聚集状态的重要因素。

相互作用力包括静电力、范德华力、电磁力等。

这些力会使纳米颗粒之间产生相互吸引或排斥作用，进而影响纳米材料的聚集状态。

例如，静电斥力可以使纳米颗粒保持单分散状态，而静电吸引力则会促使纳米颗粒发生聚集。

三、纳米材料聚集状态对性能的影响纳米材料的聚集状态对其性能具有显著影响。

聚集状态不仅会改变纳米材料的形貌，还会对其光学、电学、热学等性质产生影响。

首先，纳米材料的聚集状态会影响其光学性质。

纳米颗粒之间的相互作用可导致光的散射、吸收和透射的差异。

聚集态的纳米材料通常会引起光散射增强效应，从而提高材料的光学性能。

其次，纳米材料的聚集状态对其电学性质也有重要影响。

团簇科学的基本概念及其在纳米材料合成中的应用在当今科技领域中，纳米材料合成成为了研究的热点之一。

作为纳米材料合成的重要手段之一，团簇科学因其独特的优势而备受关注。

本文将介绍团簇科学的基本概念，并讨论其在纳米材料合成中的应用。

一、团簇科学的基本概念团簇科学是研究原子或分子聚集体的科学，旨在深入理解团簇的物理、化学及材料特性。

团簇指的是由几个至数千个原子或分子组成的超分子结构。

相对于宏观材料，团簇具有尺寸小、化学反应活性高以及性能可调控等特点。

团簇科学的研究内容主要包括：团簇的合成、团簇的结构和性质以及团簇在材料科学中的应用。

其中，团簇的合成是团簇科学的核心内容，也是团簇在纳米材料合成中的关键环节。

二、团簇科学在纳米材料合成中的应用2.1 团簇在纳米材料结构控制中的应用团簇作为构筑纳米材料的基本单位，其结构对纳米材料的性质具有重要影响。

通过调节团簇的组成、形状和尺寸等因素，可以实现对纳米材料结构的精确控制。

例如，在金属纳米材料的合成过程中，通过控制金属团簇的成核和生长过程，可以精确调控金属纳米颗粒的尺寸和形态。

此外，利用不同的官能团或配体对金属团簇进行修饰，可以实现对纳米材料表面的改性，进而调控其物理和化学性质。

2.2 团簇在纳米催化剂合成中的应用团簇催化是纳米催化剂合成的重要手段之一。

通过合理设计和制备特定组成和结构的团簇，可以获得高效、高选择性的催化剂。

例如，在催化剂合成过程中，通过合成相对稳定的合金团簇，可以实现催化剂的尺寸和组分的精确控制。

此外，团簇催化还可以在原子层尺度上调控催化剂表面和表面原子的状态，从而提高催化活性和选择性。

2.3 团簇在纳米材料性能调控中的应用团簇作为纳米材料的基本构建单元，可以通过调控其组分、形貌和尺寸等参数，实现对纳米材料性能的调控。

例如，通过合成金属团簇，可以调控其电子结构和表面等能级，从而调控纳米材料的光学、电学性能。

此外，通过将有机分子或配体引入到纳米材料团簇中，可以实现对纳米材料的组装和修饰，从而调控其磁学、热学性能。

纳米团簇形貌摘要：一、纳米团簇的概述二、纳米团簇的形貌分类1.零维纳米团簇2.一维纳米团簇3.二维纳米团簇4.三维纳米团簇三、纳米团簇的制备与性质四、纳米团簇在各领域的应用五、纳米团簇的发展前景正文：纳米团簇作为一种具有特殊形貌和性质的纳米材料，近年来在国际上引起了广泛关注。

纳米团簇的形貌各异，可以根据维度进行分类，包括零维、一维、二维和三维纳米团簇。

一、纳米团簇的概述纳米团簇是指由若干个原子或分子通过化学键或物理吸附组成的纳米级粒子聚集体。

它们的尺寸在1到100纳米之间，具有与宏观材料不同的物理和化学性质。

纳米团簇的研究领域涵盖了化学、物理、材料科学、生物医学等多个学科。

二、纳米团簇的形貌分类1.零维纳米团簇：零维纳米团簇指的是所有维度尺寸相近的纳米粒子聚集体。

这类团簇具有较高的表面能，因此易于发生化学反应和物理吸附。

2.一维纳米团簇：一维纳米团簇在三个维度中，有一个维度的大小远小于其他两个维度。

这类团簇具有较高的长径比，易于在纳米线、纳米管等结构中应用。

3.二维纳米团簇：二维纳米团簇在两个维度上具有相近的尺寸，而在第三个维度上尺寸明显减小。

这类团簇具有较高的平面密度，有利于在二维材料中发挥重要作用。

4.三维纳米团簇：三维纳米团簇在三个维度上都有相近的尺寸。

它们具有较高的体积密度，适用于制备三维网络结构材料。

三、纳米团簇的制备与性质纳米团簇的制备方法有多种，如溶剂热法、水热法、气相沉积法等。

不同制备方法得到的纳米团簇具有不同的性质，如光学、磁学、电学、力学等性能。

通过对纳米团簇的制备条件进行调控，可以实现对团簇性质的调控。

四、纳米团簇在各领域的应用纳米团簇在许多领域具有广泛的应用前景，如催化、传感、生物医学、能源存储等。

由于纳米团簇具有特殊的形貌和性质，它们在这些领域表现出优异的性能。

五、纳米团簇的发展前景随着纳米科技的发展，纳米团簇的研究将越来越深入。

未来，纳米团簇将在以下几个方面取得突破：1.纳米团簇的制备技术将更加成熟，实现对团簇尺寸、形貌和性质的精确调控。

金纳米团簇1 金属纳米团簇概述在各种最新开发的纳米材料中，金属纳米团簇在最近二十年内取得了巨大的进展。

金属纳米团簇通常小于2纳米，这一尺寸相当于电子的费米波长，导致粒子的连续态密度分裂成离散的能级，一些独特的光学和电子性能由此产生，包括HOMQ-LUMO跃迁、光致发光、光学手性、磁性以及量子化充电等。

最近几年，贵金属纳米团簇，如Au、Ag团簇由于其合成简单、生物相容性好、稳定性好等优点，得到了广泛的研究，同时也有其他一些金属被合成出纳米团簇，如Cu和Pt，只是相对于Au、Ag纳米团簇，Cu、Pt纳米团簇的种类要少的多，特别是Cu在空气中对氧气较为敏感，因此想要制作出小于2纳米的铜团簇极具挑战性，而Pt团簇的合成方法目前还尚未成熟。

最近，过渡金属团簇也被研究者所报导，如铁和镍。

团簇的溶解度受配体极性和溶剂种类的控制，与疏水配体保护的纳米团簇相比，亲水配体保护的团簇在水中具有更好的溶解性，含羧基和磺酸基的亲水性配体可用于表面改性，增加团簇的水溶性，有助于扩展其生物应用。

不仅如此，由于水溶性配体的富电子性，水溶性团簇常常展现出比非水溶性团簇更强的荧光，这一性质也极大地扩展了水溶性团簇的生物应用。

近年来，以水溶性荧光团簇为荧光材料的研究发展迅速，水溶性团簇的应用也从最初的金属离子检测、细胞荧光成像发展到药物的递送、抗菌及癌症等重要疾病的治疗。

相较于其他荧光材料，水溶性团簇有着其独特的优势。

例如，相比于传统的有机染料荧光分子，团簇的光稳定性更加优异，光漂白性更低，更有利于进行生物样本中的长时间的荧光跟踪：相比于半导体量子点荧光材料，水溶性荧光团簇的潜在生物毒性更低，具有良好的生物相容性：相比于大尺寸的纳米颗粒，水溶性团簇具有极小的尺寸，这有助于其通过多种生物屏蔽，可以更容易地达到生物组织深处，较小的尺寸也更有利于团簇从生物体中代谢出来。

而且，水溶性团簇的原子精确特性，有助于我们从原子层面更好地理解和解释团簇与生物体中生物分子的相互作用，更有助于团簇的理论与应用的发展。

七、团簇及纳米材料12由几个乃至上千个原子、分子或离子通过物理或化学结合力组成的相对稳定的微观或亚微观聚集体。

1.1 团簇的定义1.团簇3团簇的空间尺度是几埃至几百埃的范围，其物理和化学性质随所含的原子数目而变化。

它们的性质既与单个原子或分子不同，也跟凝聚态物质不同，也不能用两者性质的简单线性外延或内插得到。

它是一种新形态，有的研究者称之为“物质第五态”。

除了形成中性团簇外，还可形成带正、负电荷的团簇离子。

任何元素都可以形成团簇和团簇离子。

1.1 团簇的定义1.团簇4团簇是在非平衡条件下产生的，其形状多种多样，巳知有线状、层状、管状、洋葱状、骨架状、球状等。

绝大多数原子团簇的结构不清楚。

团簇的结构通常是通过理论计算得到的，还不能用实验方法直接测定。

1.3 团簇的结构1.团簇5团簇是由原子数逐步增加而发展起来的。

像原子核中存在幻数一样，团簇结构中也存在幻数。

当团簇中的原子或分子数 n 等于某些特定数字时，团簇的结构最为稳定，这些特定数字称为幻数。

不同物质具有不同的幻数值和结构。

1.团簇1.3 团簇的结构55Xe 团簇的质谱6铅团簇的质谱实验发现团簇粒子Pb 7、Pb 10最稳定，这里n=7、10就是幻数。

这时团簇粒子的能量最低，从而幻数团簇最稳定。

近十多年发现的碳原子团簇，其幻数为3，11，15，19，60，70。

这时团簇粒子的能量最低，从而幻数团簇最稳定。

1.团簇1.3 团簇的结构7 原子的排列方式（原子的位置因素）和电子状态决定团簇的结构及其稳定性。

1.团簇1.3 团簇的结构81.团簇当前能大量制备并分离的团簇是C60（富勒烯）。

3.纳米材料的纳米效应与性能量子尺寸效应小尺寸效应表面效应宏观量子隧道效应910 对于介于原子、分子与大块固体之间的超微颗粒而言，大块材料中的连续的能带分裂为分立的能级，能级间的距离随颗粒尺寸减小而增大。

当粒子尺寸下降到某一值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级；半导体纳米微粒的最高占据分子轨道（HOMO ）和最低未占据分子轨道能级（LUMO ）之间的能隙急剧变宽，这些现象称为量子尺寸效应。