第二章-原子团簇

第二章原子团簇2.1原子团簇的种类2.2原子团簇的制备方法2.3原子团簇的结构与性质2.4原子团簇的研究意义及用途2.1原子团簇的种类•原子团簇:几个至几百个原子的聚集体或粒径≤1nm，简称团簇(cluster)一元原子团簇金属团簇，如Nan,Nin等非金属团簇碳簇，如C60,C70非碳簇，如B,P,S,Si簇二元原子团簇：如InnPm,AgnSm等多元原子团簇：Vn(C6H6)m等•种类从原子种类数目分从结合方式分范德华力：He、Ne、Ar、Ke、Xe离子键：LiFNaClCuBrCsI化学键：C60、金属原子团簇2.1原子团簇的种类2.2原子团簇的制备方法1.真空合成法用几至几十keV载能粒子轰击固体表面，使固体表面溅射出各种次级粒子－电子、离子、原子和团簇等溅射产生团簇的原理FAB/SIMS法的实验系统2.气相合成法（1）蒸发和气体冷凝法将物质元素或化合物放在低压的惰性气体腔室的蒸发皿中，高温加热至气化，与惰性原子或分子碰撞，迅速冷却，形成原子团簇。气体冷凝法形成团簇示意图2.2原子团簇的制备方法(2)激光蒸发和激光热解获得难熔物质的团簇，利用光学系统把激光聚焦到很小的区域。激光蒸发原理示意图气相合成法(3)超声膨胀用于制备范德瓦尔斯团簇，特别是惰性气体团簇。使处在高压的纯净气体经过一个小孔，向真空膨胀绝热膨胀原理示意图气相合成法2.3原子团簇的结构与性质•原子团簇结构①绝大多数原子团簇的结构不确定形状可以有线状、层状、管状、洋葱状、骨架状、球状等，团簇中每增加一个原子，团簇结构就要发生改变原子团簇的结构②少数团簇存在稳定结构与幻数惰性元素：Xe团簇，n=7,13,19,55[Li7(7)Li7(6)F14]+C60固体的质谱Xe团簇的质谱碳团簇：n=20,24,28,32,36,50,60,70在团簇质谱分析中，含有某些特殊原子数的团簇的强度呈现峰值，表明这些团簇特别稳定，所含原子数即为幻数。微晶型：[Li(LiF)n]+,分子络合型：(LiF)nn=13,14碱金属卤化物团簇：[Li7(7)Li6(6)F13]+③含特定原子数金属团簇具有能量最低的稳定结构团簇Nan和Na+的稳定结构原子团簇的结构①奇偶效应和同位数效应Cu团簇：Cu63100%,Cu6541.66%Cu团簇的原子数具有奇偶性质，具有奇数原子的团簇具有较大的产额②量子尺寸效应在临界尺寸以下，团簇电子最低允许跃迁能量较大，大于临界尺寸后，跃迁能逐渐接近大块材料原子团簇的性质③磁性平均有效磁矩随团簇尺寸增大而增加，铁磁性物质的团簇具有超顺磁驰豫④光学性质纳米级的铁原子团簇对红外辐射具有较好的吸收特性原子团簇的性质⑤催化活性贵金属原子团簇2.4原子团簇的研究意义及用途•模拟研究自然界的需要•为新材料的制备开辟了新的途径宇宙分子和尘埃大气烟雾和溶胶云层形成和发展天体演化大气污染控制气候人工调节利用团簇红外吸收系数、电导特性和磁化率的异常变化，某些团簇超导临界温度的提高，用于制备新型敏感元件、贮氢材料、磁性液体、微波及红外吸收材料、超导材料等。•为量子和经典理论研究提供合适的体系参考资料•曹茂盛等主编，《纳米材料学》，哈尔滨工业大学出版社，2002•《原子纳米团簇的结构与性质》，JulioA.Alonso•南京大学王广厚教授研究组