关于团簇及纳米材料第1页，共40页，星期日，2025年，2月5日5.1原子团簇5.1.1原子团簇的种类5.1.2原子团簇的结构与性质5.1.3原子团簇的制备方法5.1.4原子团簇的研究意义及用途5.1.5C60及其有关结构第2页，共40页，星期日，2025年，2月5日纳米材料:由纳米尺寸的微粒组成的材料叫做纳米材料。广义的纳米材料是指微结构的特征长度在纳米量级的材料，如由一维、二维或零维材料组成的块体材料，这类材料又叫做纳米结构材料或纳米相材料。不同维数纳米材料的结构示意图5.1.1原子团簇的种类第3页，共40页，星期日，2025年，2月5日原子团簇:由几个至上千个原子、分子结合成相对稳定的微观和亚微观聚集体叫做团簇。它是介于原子、分子和宏观固体之间的一个新层次，是凝聚态物质中的一种新结构。第4页，共40页，星期日，2025年，2月5日原子团簇的种类一元原子团簇金属团簇，如Nan,Nin等非金属团簇碳簇，如C60,C70非碳簇，如B,P,S,Si簇二元原子团簇：如InnPm,AgnSm等多元原子团簇：Vn(C6H6)m等一、从原子种类数目分第5页，共40页，星期日，2025年，2月5日第6页，共40页，星期日，2025年，2月5日二、从结合方式分范德华力：He、Ne、Ar、Ke、Xe离子键：LiFNaClCuBrCsI化学键：C60、金属原子团簇第7页，共40页，星期日，2025年，2月5日5.1.2原子团簇的结构与性质一原子团簇结构1绝大多数原子团簇的结构不确定形状可以有线状、层状、管状、洋葱状、骨架状、球状等，当团簇尺寸很小时，增加原子，会发生结构上的变化，即重构。当团簇尺寸达到某个临界值时，增加原子，结构不再发生重构。原子数形状第8页，共40页，星期日，2025年，2月5日2少数团簇存在稳定结构惰性元素：Xe团簇，n=7,13,19,55碳团簇：Cn,n=20,24,28,32,36,50,60,70….[Li(LiF)n]+,n=13,14碱金属卤化物团簇：团簇是由原子数逐步增加而发展起来的，但也存在幻数（频率出现特别高的原子数目叫做幻数，结构稳定），不同物质具有不同的幻数值和结构。第9页，共40页，星期日，2025年，2月5日C60固体的质谱Xe团簇的质谱在团簇质谱分析中，含有某些特殊原子数的团簇的强度呈现峰值，表明这些团簇特别稳定，所含原子数即为幻数。第10页，共40页，星期日，2025年，2月5日3含特定原子数金属团簇具有能量最低的稳定结构团簇Nan和Na+的稳定结构第11页，共40页，星期日，2025年，2月5日C60的结构C50Cl10的结构第12页，共40页，星期日，2025年，2月5日Au20的结构Au32的结构第13页，共40页，星期日，2025年，2月5日尺寸：空间尺度为几个埃到几百埃的范围。存在形式：不同于单个原子、分子，也不同于固体液体，介于两者之间。产生条件：作为原子聚集体，往往产生于非平衡条件。原子团簇的特点第14页，共40页，星期日，2025年，2月5日1同位数效应如Cu团簇：Cu团簇的原子数具有奇偶性质，具有奇数原子的团簇具有较大的产额二原子团簇的性质团簇的结构、性能与团簇的大小密切相关，与块体材料结构上的明显差异，使团簇具有不同于常规材料的物理化学性质，第15页，共40页，星期日，2025年，2月5日材料的电子能谱与该体系的原子数目有关，大块材料的电子能谱是连续的能带。对于团簇，当尺寸小到一定程度后，电子能带变成分离的能级，能隙变宽，能级的平均间距与团簇的自由电子数即团簇的原子数成反比。分离能级间的跃迁，使团簇呈现量子尺寸效应。2量子尺寸效应相邻电子能级间距d与颗粒尺寸之间的关系：N：微粒中的总导电电子数；EF：费米能级第16页，共40页，星期日，2025年，2月5日在临界尺寸以下，团簇电子最低允许跃迁能量较大，大于临界尺寸后，跃迁能逐渐接近大块材料第17页，共40页，星期日，2025年，2月5日3表面效应团簇原子分为两类：表面原子和内部原子团簇的比表面积特别大，表面原子占原子总数的70－90％，且随团簇尺寸的减小，表面原子数增多、原子配位不足及高的表面能，使表面原子具有高活性，极不稳定，容易与其它原子结合。表面原子数占全部原子数的比例和粒径之间的关系第18页，共40页，星期日，2025年，2月5日4小尺寸效应当微粒的