他们在纳米级微观世界“搭乐高”

“早8晚10”是项目团队成员的常态 受访者供图

　　统筹：赵强 策划：张琳娟 王俊伟 执行：郭丁然 丁亚菲 金艾琳 吴静

　　近日，河南省人民政府发布《河南省人民政府关于2023年度河南省科学技术奖励的决定》，郑州大学化学学院臧双全教授团队主持的成果“银硫团簇材料定向制备与功能化”荣获河南省自然科学奖一等奖。

　　他们开创的全新方法，破解了银硫团簇材料稳定性和功能欠缺的难题，为团簇材料研究打开了一扇崭新的大门。未来，或将在新材料、微电子、生物医学、环境检测、能源、农业等领域产生革命性变革。

　　破解银硫金属团簇稳定性等难题

　　“团簇是一种介于原子、分子，大块物质之间的物质结构新层次。金属纳米团簇，是由几个至数百个金属原子组成，直径从亚纳米级到2~3纳米不等，占据了离散原子和等离子体纳米材料之间的空隙，是一种新兴的原子精确纳米材料。”郑州大学化学学院晶态分子功能材料实验室副教授王朝阳（此次河南省自然科学奖一等奖第三研发人）告诉顶端新闻·河南商报记者，“银硫团簇就属于金属团簇的一种。”

　　顶端新闻·河南商报记者了解到，团簇的发现源于上个世纪70年代。当时，科学家发现了一种介于原子、分子，大块物质之间的物质结构新层次。这一发现让人们对物质世界的微观构成有了全新认识，也成为物理学和化学两大学科的重要交汇点。

　　团簇是由几个或成百上千个原子或分子通过一定的物理或化学结合力组成的相对稳定的聚集体。但在团簇的研究过程中，科学家面临两大难题。首先，就是团簇合成的不确定性和不稳定性。其次，对团簇的功能开发欠缺。

　　历经5年的科研探索，臧双全教授团队围绕银硫团簇，摸索出了一套方法，采用功能有机配体定点取代修饰策略，实现了从不稳定到稳定，从性质匮乏到催化和光电等功能多样化的跨越。

　　如果把团簇比喻成一个小团，如何让这个小团稳定？臧双全教授团队探索出两种途径。一种就是给它加上保护壳，这个保护壳由多种或多个“配体”组成。另一种途径就是像搭乐高一样，用桥联配体将一个个小团组装一个金属有机框架结构（MOF）。

　　如何让它具备不同的功能性质？那就给团簇戴上“耳环”“墨镜”等不同配饰（炔基、巯基、多位点等），这就巧妙解决了银硫金属团簇的稳定性和功能性问题。

　　医学、传感……团簇材料应用不断被挖掘

　　团簇这种全新的材料，对我们的生活能带来哪些改变？

　　顶端新闻·河南商报记者看到实验室走廊两侧展板上，几十张展板依次排开，展示了团簇材料在不同领域的应用研究。郑州大学化学学院晶态分子功能材料实验室的研发团队分为：团簇发光、团簇生物医学、团簇催化三个研究大方向。

　　“以前，对于团簇材料的特性我们没有摸透，经过不断实验测试，掌握了越来越多的性质。”王朝阳向顶端新闻·河南商报记者介绍。

　　例如，团簇材料在柔性裸眼3D显示、光子学信息加密等领域具有广泛应用前景。“由于团簇材料具有优异的光学性能和手性发色团独特的旋光性，使得团簇材料有望成为一类新型的CPL（圆偏振发光材料，一种3D显示材料）功能材料。”郑州大学化学学院直聘研究员李思博士介绍。

　　使用碳硼烷炔作为配体的银硫团簇具备高能量、可自燃的特性，能实现毫秒级点火。另外一种银硫团簇组装成簇基金属有机框架后，可以对氧气产生优良的荧光传感功能，其荧光响应时间达到0.3秒。未来如果应用于氧气检测可以极大提升氧气传感器灵敏度。

　　此外，使用团簇材料还能制作出对X射线产生荧光的闪烁体材料，未来实际应用中可以大大降低医疗医学检测中的X-射线辐射剂量，有望生产出对人体几乎无害的X光拍片设备。

　　氨是一种非常重要的化工原料，以往人工合成氨还依赖于一种高耗能的高温高压过程，王朝阳介绍，“我们团簇催化方向团队发现银硫团簇可以作为催化剂从硝酸根还原氨气。同时，硝酸根大量存在于工业废水中，还可以变废为宝。”

　　声音

　　不要跟风，选定一个正确的科研方向很重要

　　做基础研究是项“默默无闻”的苦差事，臧双全教授团队是如何多年如一日潜心搞科研的？

　　“基础研究要耐得住寂寞。”王朝阳说，这是一句老生常谈的话，但事实上确实是这样。

　　顶端新闻·河南商报记者采访临近结束时已是晚上6点，此时实验室里的小伙伴都陆续去食堂吃饭。

　　“他们并没有下班，吃完饭还会回来。我们实验室从主任到基层研究员所有人都是早8点来，晚上10点走，这是我们的常态，不是加班。”王朝阳告诉顶端新闻·河南商报记者。

　　他表示，实验室最早从2010年就开始做团簇的基础研究，直到2017年左右才开始陆续产出科研成果。如今实验室已经从当年的十几个人扩展到一百多人，可谓“兵强马壮”，他们的研发成果产出也进入高速增长通道。

　　对于青年科研人员有怎样的建议？王朝阳说，选定一个正确的科研方向很重要，不要跟风去找一个国外做过的课题，你再拿来做一遍在国内发个论文。要认真选择一条“没人走过”但有前景的研究课题，心无旁骛地坚持下去。

编辑:陈梦伊