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從分子到顆粒：金納米簇如何顛覆我們對材料的認知？
在納米科技的迅速發展中，金納米簇的研究引起了科學界的廣泛關注。這些微小的金顆粒不僅能夠改變我們對材料結構的傳統認識，還在光電子學和催化等高科技應用中顯示出巨大的潛力。它們的直徵小於一微米，且可以是離散的分子或者較大的膠體粒子。對於材料科學家來說，這些金納米簇的研究不僅是對顆粒物質的一種深入探討，更是對於材料結構與性能之間關聯的重要發現。
裸金納米簇與結構研究
裸金簇是指沒有穩定配體殼層的金簇，這些簇可以通過分子束技術在真空中合成和研究。科學家利用陰離子光電子能譜學、遠紅外光譜學及電子衍射等技術探討了這些簇的結構。研究顯示，裸金納米簇的結構與配體穩定的金簇有著顯著的差異，這表明化學環境對金簇結構的影響至關重要。
例如，Au20形成了一個完美的四面體，其金原子的打包方式與金屬金的面心立方(fcc)結構的原子排列極為相似。
配體穩定的金簇結構
與裸金簇的探索不同，配體穩定的金簇呈現出更複雜的結構。當金顆粒的大小減小時，它們的面心立方結構轉變為中心二十面體結構，例如Au13。這樣的轉變使得金簇的穩定性得以增強。
二十面體結構的金簇在許多金簇中被發現，透過頂點共享、面融合和互穿的雙二十面體進行連接。
離散金簇與其應用
明確定義的分子簇普遍包含有機配體，在催化應用中，為了生成裸金簇，必須去除這些配體。這通常通過高溫焚燒來實現，但也可以在低溫下用化學方法達成。
膠體金簇及其光學特性
金簇也可以以膠體形式存在，通常會有烷基硫醇或蛋白質的表面包覆。這些金顆粒在免疫組織化學染色中具有應用潛力。金屬納米顆粒在可見光區域顯示出強烈的吸收特性，這增強了其在光學設備開發中的應用潛力。
表面等離子共振(SPR)帶的波長依賴於納米顆粒的大小和形狀。
金簇的催化特性
金簇的催化潛力在環境催化中也表現突出。例如，當金簇被植入FeOOH表面時，它們能在環境溫度下催化CO的氧化反應。此外，金簇在TiO2載體上的催化活動可在極低的溫度下進行，顯示出它們的結構與催化性能之間存在強烈的關聯。
金納米簇的結構特性影響著其催化性，這使得研究其尺寸及結構對催化學性的影響成為一個重要的課題。
結尾
金納米簇的研究不僅令科學家對納米材料的認知進一步深化，也孕育了多種新的應用可能。這些微小的顆粒如何抓住未來材料科學的核心，以及將會揭示出哪些知識與技術的邊界，無疑將會是科學界未來探索的重要方向？
