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厦门大学郑南峰Nat. Commun.:STM识别表面配体形貌结构及团簇取向

        近日,iChEM研究人员、厦门大学化学化工学院郑南峰教授与大连化物所杨学明研究员、马志博副研究员以及芬兰于韦斯屈莱大学Hannu Häkkinen教授合作,通过低温超高真空扫描隧道显微镜(STM)研究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,实现对表面配体形貌和结构以及团簇取向的识别。相关成果“Real-space imaging with pattern recognition of a ligand-protected Ag374 nanocluster at sub-molecular resolution”发表在《自然·通讯》(Nature Communications)。

厦门大学郑南峰Nat. Commun.:STM识别表面配体形貌结构及团簇取向

        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。首先因为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。

厦门大学郑南峰Nat. Commun.:STM识别表面配体形貌结构及团簇取向

 Total structure of Ag374 nanoparticle and its appearance in STM imaging.

        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纳米团簇提供了指导与帮助。

厦门大学郑南峰Nat. Commun.:STM识别表面配体形貌结构及团簇取向

Repeated imaging of the same sample area increases the resolution.

        该工作在郑南峰教授、Hannu Häkkinen教授以及马志博副研究员共同指导下完成,是iChEM多个课题组协作的结果,第一作者为厦门大学化学化工学院2013级直博生周琴。研究工作得到了科技部和国家自然科学基金委,中科院先导项目,国家重点研发计划,大化所开放课题基金等项目的资助。

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-018-05372-5

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