近日，我校材料科學(xué)與工程學(xué)院駱耿耿課題組在金屬納米團(tuán)簇手性結(jié)構(gòu)及其多級(jí)組裝上取得了新發(fā)現(xiàn)。相關(guān)研究成果近日以“Multi-layer 3D Chirality and Double-Helical Assembly in a Copper Nanocluster with a Triple-Helical Cu15Core”為題在線(xiàn)發(fā)表于國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《AngewandteChemie》（德國(guó)應(yīng)用化學(xué)）（DOI：10.1002/anie.202302595 and 10.1002/ange.202302595）。AngewandteChemie創(chuàng)刊于1888年，由Wiley-VCH出版社出版，是國(guó)際化學(xué)和材料領(lǐng)域最具影響力的頂級(jí)綜合性刊物之一。

手性是一種不對(duì)稱(chēng)性現(xiàn)象，在自然界中隨處可見(jiàn)，小到基本粒子，生物大分子，大到宇宙星云等。螺旋是一種在生物學(xué)上常見(jiàn)的手性結(jié)構(gòu)，其在生命活動(dòng)中起到至關(guān)重要的作用，如著名的DNA雙螺旋、蛋白質(zhì)α螺旋等。原子精度的金屬納米團(tuán)簇是介于原子/分子與宏觀(guān)物質(zhì)之間的多核聚集體，具有確定的原子組成和化學(xué)結(jié)構(gòu)，代表了凝聚態(tài)物質(zhì)的初生態(tài)，是關(guān)聯(lián)宏觀(guān)性質(zhì)和物質(zhì)微觀(guān)結(jié)構(gòu)的理想模型。利用結(jié)構(gòu)精確的手性團(tuán)簇為納米構(gòu)造單元來(lái)仿生組裝超分子多重螺旋結(jié)構(gòu)并賦予其獨(dú)特的聚集態(tài)性能是近年來(lái)納米團(tuán)簇領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

受生物大分子多維手性及多螺旋次級(jí)結(jié)構(gòu)啟發(fā)，駱耿耿課題組以原子精度的手性銅納米團(tuán)簇為研究對(duì)象，將生物大分子DNA、蛋白質(zhì)中的“三維手性”（3D Chirality）概念引入金屬納米團(tuán)簇領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了與DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)完全不同的手性團(tuán)簇間的超分子雙股螺旋組裝。如上圖所示，經(jīng)典DNA雙股螺旋結(jié)構(gòu)是由單鏈內(nèi)共價(jià)的膦酸酯鍵和雙鏈間N-H???O/N-H???N互補(bǔ)氫鍵共同維持。相比之下，手性銅納米團(tuán)簇所組裝的超分子雙股螺旋結(jié)構(gòu)中，每條單鏈由非共價(jià)的四種C-H???H-C作用，而雙鏈間則由非共價(jià)的C-H/π和C-H/S共同維持。研究發(fā)現(xiàn)團(tuán)簇的三維手性結(jié)構(gòu)及其組裝的雙股螺旋聚集態(tài)賦予了其獨(dú)特的結(jié)晶誘導(dǎo)發(fā)光增強(qiáng)、聚集誘導(dǎo)磷光增強(qiáng)及高效催化電子轉(zhuǎn)移性質(zhì)。該研究將有助于理解多級(jí)團(tuán)簇功能與團(tuán)簇內(nèi)聚集態(tài)、簇際相互作用。

研究的主體工作由材料科學(xué)與工程學(xué)院2020級(jí)碩士研究生董光磊完成，材料科學(xué)與工程學(xué)院2016級(jí)碩士研究生潘中華及山東大學(xué)在讀博士生韓寶亮共同參與完成。Southern Methodist University（美國(guó)）的陶允文博士后和深圳灣實(shí)驗(yàn)室的陳鑫博士后參與團(tuán)簇體系的理論計(jì)算分析。該研究得到了福建省自然科學(xué)基金和福州大學(xué)能源與環(huán)境光催化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金的資助，并得到華僑大學(xué)分析測(cè)試中心、山東大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院的支持。我校駱耿耿與山東大學(xué)孫頔為共同通訊作者。

（編輯：蔡君韜）