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(guó)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(gè)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(zhǎng)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(guò)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(lái)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(duì)于金屬納米團(tuán)簇，迄今人們普遍認(rèn)為其是由一個(gè)一個(gè)金屬原子隨機(jī)生長(zhǎng)而來(lái)，并不存在一個(gè)普適的化學(xué)規(guī)則。

長(zhǎng)期以來(lái)，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(lái)，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?cè)噲D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(guó)內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校和中國(guó)科技大學(xué)的曾曉成等合作，建立了一個(gè)普適模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)迄今為止報(bào)道的所有71個(gè)配體金納米團(tuán)簇的基本理解。該模型認(rèn)為每個(gè)金原子有三個(gè)不同的電子價(jià)態(tài)，三個(gè)或者四個(gè)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(shí)，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(zhǎng)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(kāi)了新的思路。由于這個(gè)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(gè)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(cè)了一系列高度穩(wěn)定的金團(tuán)簇，從而為實(shí)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(xiàng)研究工作得到了中國(guó)科學(xué)院、上海應(yīng)物所、國(guó)家自然科學(xué)基金委、上海市科委、中組部、中國(guó)科技大學(xué)以及深圳超算中心、國(guó)家超級(jí)計(jì)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(jí)計(jì)算科學(xué)應(yīng)用研究專項(xiàng)的共同資助和支持。