摘要：2024年12月23日，德国慕尼黑工业大学Thomas F. Fässler教授团队在国际顶级期刊Nature Communications发表题为《An efficient multi-gram access in a two-step synthesis

硅作为最关键的半导体材料之一，其合成方法却依然以效率较低的多步合成为主，因此，创新其合成方法对于推进纳米技术和电子器件的微型化发展具有重要意义。

2024年12月23日，德国慕尼黑工业大学Thomas F. Fässler教授团队在国际顶级期刊Nature Communications发表题为《An efficient multi-gram access in a two-step synthesis to soluble, nine-atomic, silylated silicon clusters》的研究论文，Kevin M. Frankiewicz为第一作者，Thomas F. Fässler教授为通讯作者。

Thomas F. Fässler，德国慕尼黑工业大学自然科学学院化学系教授，德国化学会无机专业主任。曾在康斯坦茨大学学习化学和数学，并于 1988年获得海德堡大学化学博士学位。研究领域包括结构化学，固态化学，团簇化学等，主要从事半导体无机功能材料的合成与表征研究。

在这里，作者描述了从二元化合物K12Si17中直接合成具有可溶性的多面体Si9团簇的方法，其中包含[Si4]4-和[Si9]4-团簇。

由于[Si4]4-具有高原子电荷比，可作为强还原剂，阻碍[Si9]4-进行定向反应。该项研究通过分级结晶分离[Si4]4-，使K12Si17中的Si9团簇以单质子化[Si9H]3-离子的形式被分离出来，并进一步结晶为2.2.2-穴状盐。

通过此方式可以获得20克所需产品——这是硅Zintl化学的新起点，例如 [MeHyp3Si9]-团簇的分离和表征。

图1：分子硅簇的示意图

图2：簇分离的图像

图3：拉曼分析的对比

图4：[Si9]4-团簇的分子结构

图5：ESI(-)MS谱图

图6：1H NMR谱图

图7：两步合成[K(2.2.2-crypt)]+的示意图

图8：[MeHyp3Si9]-团簇的分子结构

综上，这篇论文报道了一种高效的方法，实现了[Si4]4-和[Si9]4-团簇的分离，并为[Si9H]3-提供了一种有价值的合成途径。

硅作为最重要的半导体材料，其在纳米尺度的材料和半导体材料的光学和电子性质有显著差异。本文的研究结果证明了不同簇之间的强烈相似性，填补了硅簇化学领域的空白，同时展示了在多克条件下容易实现两种簇的分离。此外，这些以粗产品K1-x[K(2.2.2-crypt)]2+x[Si9]形式存在的单质子化硅簇代表了一种合成等价物，用于通过固态方法无法隔离的[Si9]4-离子。因此，通过直接硅烷化K1-x[K(2.2.2-crypt)2+x[Si9H]与相应的氯硅烷，以良好的产率和高纯度获得了[K(2.2.2-crypt)][(R3Si)3Si9]。

作者们正在进行相关的进一步反应性研究，这表明了该研究领域未来工作的潜在方向以及研究的延续性。

Frankiewicz, K.M., Willeit, N.S., Hlukhyy, V. et al. An efficient multi-gram access in a two-step synthesis to soluble, nine-atomic, silylated silicon clusters. Nat Commun 15, 10715 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-55211-z

来源：华算科技