Ultrastabiele Ag₃₀-nanoclusters met metaalaromatische eigenschappen zijn veelbelovend voor opto-elektronische apparaten

Als ultrakleine nanodeeltjes met uniforme afmetingen en goed gedefinieerde structuren vertonen ligand-beschermde muntmetaalnanoclusters onderscheidende elektronische structuren en fysisch-chemische eigenschappen in tegenstelling tot bulknanomaterialen als gevolg van kwantumgrootte-effecten.

Niettemin lijden de meeste van hen onder problemen zoals gemakkelijke dissociatie in oplossingen en slechte thermodynamische stabiliteit, die hun praktische toepassingen als opto-elektronische materialen sterk beperken.

Perifere beschermingsliganden zijn de sleutelelementen in muntmetaalclusters en oefenen dus een cruciale invloed uit op de chemische eigenschappen en stabiliteit.

In de meeste gevallen kon het beschermende effect van liganden met een eenvoudig overbruggend karakter niet zorgen voor voldoende robuustheid en interne stabiliteit van nanoclusters. Om adequate afschermende en beschermende effecten voor metaalclusterkernels te bieden, zijn bifunctionele liganden met zowel overbruggende als chelerende eigenschappen betere kandidaten voor het construeren van robuuste metalen nanoclusters met zeer efficiënte luminescentie.

In een studie gepubliceerd in Wetenschappelijke vooruitgangontwierpen prof. Chen Zhongning van het Fujian Institute of Research on the Structure of Matter van de Chinese Academie van Wetenschappen en prof. Sun Di van de Shandong University een stabiel bifunctioneel difosfine (2-Ph₂PC₆H₄PH₂) met primaire en tertiaire fosfordonoren als een unieke chelator die synergetische overbruggings- en chelaatvormende eigenschappen vertoont, en ultrastabiele zilveren nanoclusters met metallische aromatische eigenschappen heeft geconstrueerd.

Bij deprotonering worden zowel -P^2- en -PPh₂ donoren overbrugden en cheleerden tegelijkertijd meerdere metaalionen om m te geven₅-P^2- afgedekte M₅ vijfhoeken door sterke Ag-Ag-interacties, wat resulteert in boogoppervlakken of bolvormige kappen, die dienen als bouwstenen voor de constructie van bolvormige architecturen met specifieke veelvlakkige nanoclusters.

Door de deprotonatiesnelheid van 2-Ph nauwkeurig te regelen₂PC₆H₄PH₂ en door organische of anorganische sjablonen te introduceren, synthetiseerden en karakteriseerden onderzoekers twee nieuwe zilveren nanoclusters (Ag₃₀ en Ag₃₂) met fascinerende icosidodecaëdrische Ag₃₀ schelpen met een Ih-symmetrie.

De kenmerkende coördinatiegeometrie van 2-Ph₂P_αC₆H₄P_β^2- in m_5-η¹(P_β),η²(P_α,P_β) coördinatiemodus schenkt Ag₃₀ en Ag₃₂ clusters met bolvormige metaalachtige aromatische eigenschappen, die een cruciale rol spelen in de uitzonderlijke stabiliteit van de twee clusters.

Zoals elke 2-Ph₂P_αC₆H₄P_β^2- ligand bezit twee negatieve ladingen en bindt via de -Pβ aan vijf zilver(I)-atomen^2- donor om drie alleenstaande elektronenparen te leveren om een ​​6c-6e te vormen^– gedelokaliseerde binding, twaalf van dergelijke 2-Ph₂PC₆H₄P_2- liganden op de Ag₃₀ schil van Ag₃₀ of Ag₃₂ veroorloven 72 bindende elektronen (2×(5+1)²), wat consistent is met de 2(N+1)² regel van sferische aromatiteit.

Ag₃₀ vertoont zeer efficiënte nabij-infrarood (NIR) elektroluminescentie in in oplossing verwerkte organische lichtemitterende diodes (OLED’s) met een piek externe kwantumefficiëntie (EQE) van 15,1%, wat een aanzienlijke vooruitgang betekent in de toepassing van zilveren nanoclusters op NIR-emitterende apparaten .

Deze studie verbreedt niet alleen de reikwijdte van beschermende liganden die beschikbaar zijn voor muntmetaalclusters om inzicht te krijgen in het synthetiseren van muntmetaalclusters begiftigd met metaalaromatiteit en uitstekende stabiliteit, maar biedt ook handleidingen voor de praktische toepassing van functionele nanoclusters in opto-elektronische apparaten.