Guldklustre, især de med atomært præcise sammensætninger, har gennem de seneste år tiltrukket stor opmærksomhed for deres unikke strukturelle egenskaber og potentiel anvendelse i flere avancerede teknologier. En vigtig strategi til at optimere deres funktionalitet er overfladeingeniørkunst og supramolekylær samling. Gennem præcis kontrol af klustrenes overflade og samling på molekylært niveau kan man modificere deres elektriske, magnetiske og optiske egenskaber.

De første eksperimentelle observationer, der involverer EPR (Elektron Paramagnetisk Resonans), afslørede, at de termisk aktiverede EPR-signaler i guldklustrene [Au25(SBu)18]n er en funktion af temperaturen, hvilket indikerer, at de højere energi magnetiske tilstande bliver mere befolkede, når temperaturen stiger. Denne opførsel understøtter de forudsigelser, som DFT (Density Functional Theory) beregninger har fremsat, og bekræfter, at grundtilstanden for disse guldklustre er ikke-magnetisk. EPR-resultaterne viste en fremragende overensstemmelse med de beregnede værdier, hvilket giver stærk evidens for, at klustrene danner lineære S = 1/2 antiferromagnetiske polymerkæder.

Overflademodifikation af guldklustre kan opnås gennem forskellige metoder. I mange tilfælde er thiol-grupper blevet anvendt som beskyttende ligander, hvilket tillader en præcis kontrol over klustrenes størrelse og sammensætning. Ligandens rolle går ud over blot at stabilisere klustrenes struktur; den påvirker også de elektroniske og optiske egenskaber. For eksempel kan den vælge den magnetiske tilstand, som et cluster er i, og endda tillade fremkomsten af nye egenskaber, såsom luminescens eller andre funktionelle fænomener.

Når det kommer til supramolekylær samling, er det den organiserede proces, hvor enkeltstående metalclusters binder sig til hinanden gennem svage intermolekylære kræfter, såsom Van der Waals-kraften, hydrogenbindinger eller π-π-interaktioner. Denne type samling kan føre til dannelsen af hierarkiske strukturer, som ikke kun udnytter de unikke egenskaber af de individuelle klustre, men også skaber nye funktionelle enheder med flere anvendelsesmuligheder. Et eksempel er dannelsen af komplekse superstrukturer, der er specielt relevante i biomolekylær forskning og magnetisme.

En af de mest lovende anvendelser af guldklustrene i sådanne supramolekylære systemer er inden for biomedicinsk forskning. De atomært præcise klustre kan bruges til at designe målrettede medicinske behandlingsmetoder, såsom præcisionsmedicin, hvor klustrene kan levere terapeutiske molekyler til specifikke celler eller væv. Derudover kan de også spille en rolle i udviklingen af nye typer af sensorer og detekteringssystemer.

En anden vigtig anvendelse, der får mere opmærksomhed, er brugen af guldklustre i elektronik og magnetisme. Ved at manipulere den elektroniske struktur af disse klustre gennem overfladeengineering kan man skabe materialer med specifikke optiske eller magnetiske egenskaber, der kan anvendes i fremtidens halvlederteknologi og kvantecomputing.

For fremtidige studier er der flere udfordringer og muligheder. Der er et stort behov for at udvikle nye metoder til at ændre klustrenes ligandskal på en kontrolleret måde, hvilket kan bidrage til at overvinde de nuværende begrænsninger, som guldklustre har i specifikke anvendelser. Der er også et klart behov for at kunne kontrollere den hierarkiske samling af disse klustre, så man kan designe materialer med præcist definerede egenskaber.

Det er væsentligt at understrege, at guldklustrenes funktionalitet og anvendelser i høj grad afhænger af, hvordan deres overflader bliver modificeret, og hvordan disse klustre samles. Det er ikke nok kun at have atomært præcise klustre; den måde, de samles på og interagerer med andre molekyler, bestemmer, hvilke funktioner de kan udføre i forskellige applikationer. Fremtidens forskning bør fokusere på at udnytte de unikke egenskaber ved disse materialer og forbedre teknikkerne til både syntese og samling af disse klustre.

Hvordan Langtidsfrigivelse af Aniontemplates Påvirker Dannelse af Høj-Nukleære Lanthanidklynger

Anioner såsom halider (X = Cl−, Br−, I−), NO −, ClO − 3 4 og CO 2− 3 fungerer som skabeloner til at inducere dannelsen af klynger og balancere de positive ladninger af metalionerne for at stabilisere klyngen. Efterhånden som anioner varierer i sammensætning, ladning og/eller geometri, er det forventet, at forskellige anionskabeloner vil danne klynger med distinkte strukturer og egenskaber. Inkorporeringen af oxoanioner som skabeloner kunne føre til dannelsen af lanthanidfældninger før hydrolyse af lanthanidionerne. Langsom frigivelse af anioner via in situ ligandnedbrydning, flere anioner eller blandede anioner som skabeloner samt absorption af atmosfærisk CO2, er gavnligt for samlingen af høj-nukleære lanthanidklynger på grund af deres dispersive skabelonvirkning.

Langsom frigivelse af anioner er afgørende for dannelsen af lanthanidklynger. En effektiv tilgang til at opnå en langsom produktion af anioner er in situ ligandnedbrydning under hydro/solvotermiske forhold. Kapsel-lignende klynger som [Ln24(DMC)36(μ4-CO3)18(μ3-H2O)2] (Ln = Gd/Dy, DMC = N,N′-dimethylcarbaminsyreanion) er blevet opnået ved solvotermiske metoder ved brug af isonikotinsyre, CuO og Ln(NO3)3, hvor DMC og CO 2− 3 anioner langsomt blev genereret via in situ nedbrydning af N,N-Dimethylacetamid. Ryggraden i kapslen er sammensat af to Gd3-triangler og tre Gd6-hexagoner, som indeholder 18 tetragoner og 8 trigoner, og hver tetragon binder et μ 2− 4-CO anion ved koordinering til Gd3+ 3. En unik tre-dimensionel lanthanid-zeolitramme, sammensat af Ln60-nanobure som byggesten, blev rapporteret, hvor templating μ6-CO 2− 3 blev genereret gennem ligandnedbrydning og brobyggede seks [Gd4(OH)4] kubaner for at danne et seks-kubanet hjul, der var forbundet sammen for at resultere i dannelsen af et nanobur [Gd60(μ3-OH)96(μ6-CO3)8] ved at dele hjørnevertex.

Blandt metoderne til langsom introduktion af CO 2− 3 anioner er atmosfærisk CO2-fiksering blevet bredt anvendt til at generere CO 2− 3 under de rette pH-forhold, hvor template CO 2− 3 anioner langsomt blev produceret for at inducere dannelsen af klynge-rammer og forhindre præcipitation af karbonat. Et gigantisk hjul Gd140-klynge med 10-foldig symmetri er blevet opnået ved reaktion af myo-inositol, acetat og Gd(ClO4)3 under reflux gennem absorption af CO2 fra atmosfæren, som består af 10 Gd14-underenheder og har en ydre diameter på ca. 6,0 nm, en indre diameter på ca. 3,4 nm og en tykkelse på ca. 1,5 nm. I hver Gd14-enhed er 14 Gd3+ ioner forbundet af to centrale templating CO 2− 3 ligander og 10 OH− anioner. De 10 Gd14-enheder er skiftevis forbundet sammen gennem 2 μ3-OH ligander og 2 μ2-O atomer fra 2 myo-inositol ligander for at danne den gigantiske hjulstruktur af Gd140.

En blandet anion-template er en effektiv syntetisk metode til at konstruere høj-nukleære lanthanidklynger med nye strukturer, hvor flere anioner fungerer som komplementære skabeloner til at inducere samlingen af klyngeskelet og sprede de positive ladninger af metalionerne. Forskellige typer eller mængder af anioner er blevet kombineret og anvendt for at opnå en multifunktionel skabelonvirkning. Anionskabeloner er hovedkraften i dannelsen af to nye nanoskala lanthanid-hydroxidklynger, Gd38 og Gd48. Derudover kan den bur-lignende Gd38 dynamisk konverteres til den tøndeformede Gd48 ved stimulering med Cl− og NO − 3. En bi-nanopillar "sandwich" Dy76-klynge, dannet ved fusion af to Dy48 mono-nanopiller, er blevet rapporteret med Cl− og CO 2− 3 skabeloner inde i hulrummene i bi-nanopillaren. De identiske "brød"-lag og hjul-lignende "brød"-lag er sammensat af Dy19(μ3-OH)40 og [Dy38(μ4-O)10(μ3-OH)58], hvor Cl− og CO 2− 3 skabeloner eksisterer. I sammenligning er den mono-nanopillar Dy48-klynge også blevet isoleret med enkle Cl− skabeloner. Styret af den kombinerede sætliste af I− og CO 2− 3 som skabeloner, er der med succes blevet demonstreret trinvis transformation fra Er12 til Er60 gennem to nøgleintermediater, Er34 og Er48. Klynge-strukturen er følsomt afhængig af størrelsesmatch mellem halid-skabelonen og LnIII ionen.

Høj-nukleære LnOCs kunne produceres gennem en rationel og trinvis samling vejledt af omhyggeligt udvalgte blandede anion-skabeloner, hvilket stimulerer yderligere fremtidige bestræbelser for den styrede og rationelle syntese af sofistikerede molekyler og potentielt funktionelle materialer.

Hvordan forklares atman og brahman i Upanishaderne, og hvad betyder det for forståelsen af tilværelsen?
Hvorfor er vaner nøglen til varig forandring – og hvordan fungerer de egentlig?
Hvordan føles det at være en klon?
Hvordan tokens og syntaktisk analyse anvendes i dyb læring for sprogbehandling
Hvordan cloud-lagring understøtter moderne it-arkitekturer