通过束流注入实现金属原子团簇普适有效的封装保护

孤立的、原子精确的气相金属团簇一直被认为是新材料的胚胎，在光学、催化、电子学、磁学和超导等领域有着广泛的应用。特别的，尺寸甚至是原子数的改变，都可能导致它们性质的实质性改变。然而，这些气相团簇离开真空时，容易发生无处不在的氧化和团聚，这极大地阻碍了这些团簇的研究和应用。因此，在保持尺寸精确的同时，为这些尺寸选择的气相金属团簇开发强大且通用的保护策略至关重要。

研究者利用磁控溅射飞行时间质量选择团簇束流源，提出了一种将能量可控团簇束流注入技术和有机聚合物PMMA相结合的原子数精确团簇封装保护策略，如图1所示。该策略将气相团簇的质量选择与注入过程中PMMA的协同加热相结合，实现了软着陆条件下原子精确团簇的无损封装。不仅如此，封装团簇表现出普适而有效的保护效果。其中有效性表现为：Mo团簇暴露在空气中超过30天后不氧化，且在100 ℃加热或液相溶解中基本不团聚。普适性分为原子数和元素的普适性，具体表现为：Mo2057-6的Mo团簇，以及Ta2057，Cu923，W55，(Re–Mo)147团簇均可被有效保护。这种保护机制不仅归因于固体PMMA为封装团簇提供的刚性环境，还归因于弱但稳定的PMMA–团簇成键。考虑到封装团簇的光学性质得到保留，以及通过团簇束流注入工艺合成的纳米聚合物复合材料的优异性能，该工作有望促进原子数精确团簇和团簇复合材料的研究和应用，特别是那些具有可调原子数的非贵金属团簇。

图1 基于束流注入和PMMA实现金属原子团簇的封装保护

本工作以"Packaging Metal Atomic Clusters for Universal and Robust Protection through Cluster Beam Process"为题于4月3日在线发表在Advanced Science上，南京大学物理学院宋凤麒教授、国防科技大学戴佳钰教授为论文的共同通讯作者。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、湖南省科技创新计划项目等项目的资助，南京大学原子制造研究院、南京原子制造研究所、人工微结构科学与技术协同创新中心和无锡国家石墨烯产品质量检验检测中心的支持。

论文信息：Packaging Metal Atomic Clusters for Universal and Robust Protection through Cluster Beam Process

DOI: 10.1002/advs.202503347