摘要：超原子金纳米团簇（Au NCs）是由具有闭壳层电子结构的金属原子组成的纳米尺度材料，因其优异的结构稳定性和独特的光学、电化学性能，广泛应用于传感、催化、光学成像及生物标记等领域。与传统的金属纳米材料相比，超原子金纳米团簇表现出更高的分子级别结构可控性和优异的光
超原子金纳米团簇（Au NCs）是由具有闭壳层电子结构的金属原子组成的纳米尺度材料，因其优异的结构稳定性和独特的光学、电化学性能，广泛应用于传感、催化、光学成像及生物标记等领域。与传统的金属纳米材料相比，超原子金纳米团簇表现出更高的分子级别结构可控性和优异的光学特性，具备极大的应用潜力。
然而，受限于金属核强烈的低频振动和显著的振动态自由度，超原子金纳米团簇普遍表现出较低的光致发光量子效率（PLQYs），严重制约了其在高效发光器件中的应用，这也带来了提升其发光效率的重大科学和技术挑战。
成果简介
在此，郑州大学化学学院臧双全教授、陈高松教授团队在Science Advances期刊上发表了题为“Unprecedented stacking-dependent piezoluminescence enhancement in atomically precise superatomic gold nanoclusters”的最新论文。
该团队成功合成了一对多晶型超原子Au8(dppp)4(C≡CPh)]2 (NO3)2纳米团簇（简称Au8-C和Au8-P），两者具有相同的化学组成但不同的单晶结构，分别结晶于C2/c和P21/n空间群。通过调控晶体溶剂体系，实现了这两种多晶型纳米团簇的可控合成。利用原位高压光谱、角度色散X射线衍射（ADXRD）、拉曼光谱及飞秒瞬态吸收和时间分辨光致发光等技术，系统揭示了Au8-C和Au8-P在高压条件下的堆叠方式对其光致发光性能的显著影响。
研究发现，Au8-C呈现柱状堆叠结构，在加压过程中沿a轴压缩更快，导致其梭形核结构的纵横比持续增加，Au─Au键距缩短且更加均匀，从而显著抑制了金核低频振动引起的非辐射能量损失，使其光致发光量子效率在1.7 GPa时达到最大76%，表现出显著的压致发光增强效应。
相比之下，层状堆叠的Au8-P沿c轴压缩更快，核结构趋于扁平，非辐射损失未能有效抑制，光致发光性能则随压力单调衰减。该工作不仅系统阐明了纳米团簇分子堆叠模式与光致发光性能之间的内在联系，也展示了利用高压调控材料结构和性能的有效途径，为设计和合成高效发光纳米材料提供了重要理论和实验依据，推动了纳米材料光学功能的深层次开发。
研究亮点
（1）实验首次通过调控晶体溶剂系统，成功合成了一对多晶型超原子金纳米团簇Au8(dppp)4(C≡CPh)]2 (NO3)2，分别结晶于C2/c（Au8-C）和P21/n（Au8-P）空间群，获得了结构明确且成对存在的多晶型金纳米团簇样品。
（2）实验通过原位高压技术，系统研究了Au8-C和Au8-P在不同压力下的发光性能及结构演变，发现Au8-C在加压过程中表现出显著的压致发光增强，PLQY最高提升至76%；而Au8-P则呈现持续的发光猝灭。
（3）实验结合角分散X射线衍射（ADXRD）揭示了两种多晶型团簇在高压下表现出明显的各向异性压缩行为，Au8-C主要沿a轴快速收缩，导致其核心结构的纵横比（AR）增加，Au─Au键趋于均匀且变短；而Au8-P则沿c轴压缩更快，核心结构变得更扁平且形变加剧。
（4）通过高压下的拉曼光谱、时间分辨光致发光（TRPL）及飞秒瞬态吸收（TA）光谱测量，确认了Au8-C的非辐射损耗显著减少，低频振动被有效抑制，从而实现了发光强度的大幅提升。
图文解读
图1. Au8-C 和 Au8-P 纳米团簇的合成路线。
图2. Au8-C 和 Au8-P 的单晶结构及其简化分子堆叠方式。
图3. Au8-C 和 Au8-P 的原位高压光谱测量。
图4. Au8-C 和 Au8-P 在高压下的原位结构表征。
图5. Au8-C 和 Au8-P 在压力作用下各向异性晶格压缩性及核心结构的演变。
图6. Au 纳米团簇在压力下的拉曼光谱与激发态动力学。
图7. Au8-C 的压力诱导发光增强机制。
结论展望
本研究通过合成两种多晶型金纳米团簇（Au8-C 和 Au8-P），系统探讨了纳米团簇堆叠结构对其压致发光性能的影响，揭示了堆叠方式决定了团簇在高压下的各向异性压缩行为，进而调控其光学性质。研究发现，柱状堆叠的Au8-C在高压下沿a轴迅速压缩，使纳米团簇核心形状更加规整和紧凑，有效抑制了低频振动引起的非辐射能量损失，显著提升了其发光效率；而层状堆叠的Au8-P则因沿c轴压缩导致核心变形加剧，发光效率反而下降。
高压条件下的飞秒瞬态吸收、时间分辨光致发光及拉曼光谱的协同分析，为理解金属纳米团簇发光机制提供了重要实验依据。这些发现不仅深化了对纳米团簇结构-性能关系的认识，也为通过调控团簇的分子堆叠和压缩行为设计高效发光材料开辟了新途径，推动了纳米光电子器件的发展，具有重要的科学和应用价值。
文献信息
Hua-Yang Ru et al. ,Unprecedented stacking-dependent piezoluminescence enhancement in atomically precise superatomic gold nanoclusters.Sci. Adv.11,eadv0298(2025).DOI:10.1126/sciadv.adv0298
来源：朱老师讲VASP