黄金为什么能变成酒红色？我科学家解开困扰科学界150年难题

中国科技网·科技日报合肥12月9日电（记者 吴长锋）记者从中科院合肥研究院获悉，该院固体物理研究所伍志鲲研究员课题组与美国卡耐基梅隆大学金荣超教授合作，通过精选配体，构筑适当的团簇间/内弱相互作用力，生长出高质量的单晶，成功解析出Au144(SR)60的团簇结构，其结构此前困扰科学界多年，是金纳米团簇结构研究的“圣杯”。 相关成果日前发表在《科学》子刊上。

金子在通常情况下是黄色的，150多年前，英国著名科学家法拉第却合成了鲜艳的酒红色金溶胶。这种酒红色的金激起了人们的兴趣，也开启了纳米粒子研究的时代。为什么金溶胶是红色的？在溶液中单个金原子如何堆叠生长成金纳米晶？……这些问题激发了人们的研究热情，但也长期困扰着人们。介于金原子与金纳晶间的金属纳米团簇为理解这些问题提供了理想材料，特别是处于从纳米团簇向纳米晶转变“临界尺寸”附近的纳米团簇(纳米晶)，更受到了特别青睐。然而，对其结构的解析却是极具挑战性的课题。

研究人员利用单晶X-射线衍射解出了Au144(SR)60的结构，证实了该团簇由三壳层(Au12-Au42-Au60)的金属内核和表面30个SR-Au-SR的“订书钉”结构单元构成，并揭示出团簇间/内存在弱相互作用力，为他们提出的团簇间/内弱相互作用力在晶体生长过程中起重要作用的观点提供了有力证据，也为后续高难度的金属纳米团簇/纳米晶的单晶生长提供了借鉴和参考。

此外，研究人员还通过变温单晶X-射线衍射发现，Au144(SR)60团簇中不同长度的金-金键具有不同的变温伸缩性，其中键长为2.88埃的金-金键，相对于其它键长的金-金键来说，具有更好的热延展性，从化学键的角度解释了为什么金属相对于其它常见固体具有更好的热延展性。

固体所的闫楠博士概括了这项工作重要意义：一是解析出Au144(SR)60的结构，解决了一个富有挑战性并长期困扰科学界的难题；二是揭示团簇间/内的弱相互作用在团簇单晶生长中起重要作用，为后续富有挑战性的单晶制备提供了参考；三是为金属相对于其它常见固体具有较好的热延展性提供了微观解释；四是为理解Au144结构与性能的关联提供了基础条件。

由于该项工作的挑战性和重要性，论文得到了《科学》子刊审稿人的高度评价：“本评委热烈祝贺作者们取得重大进展，相信这个工作对本领域会产生巨大影响……”，国内外多名学者来信来电表示了关注和祝贺，多家科学媒体对工作进行了报道。

图. Au144(SR)60纳米团簇的整体结构（黄色：金原子；绿色：硫原子；灰色：碳原子；白色：氢原子）。