5篇Nature+Science，H因子101，他今日又发Nature！

金荣超，1995年于中国科学技术大学获得学士学位，现为卡内基梅隆大学（Carnegie Mellon University) 化学系教授，材料科学家。截至目前，金教授共发表2篇Nature，4篇Science，总引用数47218，H-index为101。

在原子精度上，直径为1-3nm的超小纳米颗粒（通常被称为纳米团簇）有望解决传统纳米颗粒及其组装的许多具有挑战性的问题，因为纳米团簇的总体结构可以通过单晶X射线衍射(SCXRD)来解决。各向异性纳米颗粒(通常直径大于3nm)，或特殊的异二聚体纳米颗粒，可以实现具有可观的复杂性和丰富功能的超结构和分层结构。然而，在以往的纳米团簇研究中，为了降低纳米团簇的表面能，通常会获得各向同性结构，并且报道的金纳米团簇都不是异二聚体。

对于异二聚体纳米团簇，因为它们的表面结构在不同的表面区域有所不同，并表现出各向异性的亲和力，从而实现新的组装行为。这种异二聚体纳米团簇的结晶可以揭示多尺度组装的基本原理，在此过程中每个纳米团簇的旋转可以实现与相邻纳米团簇的各向异性相互作用：通过结晶可以有效地记录各向异性相互作用的细节，并产生新的集体行为。这种原子精确方法所揭示的信息可以提供扩展到传统纳米颗粒甚至更广泛的见解。

有鉴于此，美国卡内基梅隆大学金荣超课题组报告了同二聚体Au₃₀(SAdm)₁₈(SAdm是金刚烷硫醇盐，SC₁₀H₁₅)和异二聚体Au₂₉(SAdm)₁₉金纳米团簇的合成及其自组装成超结构。这两个纳米团簇表现出明显不同的组装行为，Au₂₉(SAdm)₁₉的一半结构与Au₃₀(SAdm)₁₈的结构相同，而另一半与Au₂₈(S-c-C₆H₁₁)₂₀相同。因此，Au₂₉(SAdm)₁₉是继承自两个母纳米团簇(Au₃₀和Au₂₈，图1a)的异二聚体纳米团簇，并且与迄今为止报道的其他纳米团簇相比是独一无二的。除了几何结构关系外，Au₂₉(SAdm)₁₉在电子结构上也是异二聚体。

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图1 Au₂₉(SAdm)₁₉和Au₃₀(SAdm)₁₈纳米团簇的表征

Au₃₀(SAdm)₁₈同二聚体纳米团簇形成叠层超结构，而Au₂₉(SAdm)₁₉异二聚体纳米团簇自组装成双螺旋和四螺旋超结构。这些复杂的排列源于两个不同的基序对，每个单体一对，其中每个基序与配对的基序在相邻的异二聚体上成键。这种基序配对让人联想到 DNA 螺旋中碱基对的相互作用。同时簇上的周围配体表现出双对或三对空间相互作用。螺旋组装是由粒子旋转和构象匹配的范德华相互作用驱动的。

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图2 Au₂₉(SAdm)₁₉纳米团簇在超晶中的双螺旋组装

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图3 Au₂₉(SAdm)₁₉纳米团簇在超晶中的四重螺旋组装

此外，瞬态吸收光谱结果表明，异二聚体团簇的载流子寿命大约是同二聚体团簇的 65 倍。

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图4 Au₂₉(SAdm)₁₉和Au₃₀(SAdm)₁₈纳米团簇的瞬态吸收数据和载流子动力学比较

总之，该研究通过异二聚体金纳米团簇的自组装可以实现双螺旋甚至四螺旋结构，提出了提升超晶体结构设计和精密工程复杂性的新方法。相关结果以Double-helical assembly of heterodimeric nanoclusters into supercrystals为题发表在Nature期刊上。

Li, Y., Zhou, M., Song, Y. et al. Double-helical assembly of heterodimeric nanoclusters into supercrystals. Nature 594, 380–384 (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-03564-6

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