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Stacking Configurations of Triangular Au3 and Tetrahedral Au4 Units in Thiolate-Protected Gold Nanoclusters: Insights into Structural Stability and Growth Mechanisms
The Journal of Physical Chemistry Letters ( IF 4.8 ) Pub Date : 2024-12-25 , DOI: 10.1021/acs.jpclett.4c03210 Wei Ye, Yanshuang Li, Wenhui Zhao, Endong Wang, Hongxing He, Wen Wu Xu
The Journal of Physical Chemistry Letters ( IF 4.8 ) Pub Date : 2024-12-25 , DOI: 10.1021/acs.jpclett.4c03210 Wei Ye, Yanshuang Li, Wenhui Zhao, Endong Wang, Hongxing He, Wen Wu Xu
Triangular Au3 and tetrahedral Au4 are key structural units in the face-centered cubic gold core of thiolate-protected gold nanoclusters. Understanding their stacking arrangements is essential for elucidating the growth mechanisms of these gold cores. In this study, we design two new isomers of Au29(SR)19 nanoclusters via deliberately adjusting the stacking pattern of Au3 and Au4 based on the grand unified model and ring model to show preferable packing arrangements. Among the experimental isomer and the two newly constructed isomers of Au29(SR)19, the Au3 and Au4 units display three distinct stacking arrangements: completely independent Au3; Au3 sharing a vertex with one Au4; and Au3 sharing vertices with two Au4. Density functional theory calculations reveal that the isomer with a completely independent Au3 unit owns the lower relative energy, which suggests that forming independent Au3 in thiolate-protected gold nanoclusters is relatively straightforward, while achieving alternative stacking configurations with Au3 and Au4 is more challenging, aligning with experimental observations. This study provides a theoretical foundation for understanding the stacking arrangements between triangular Au3 and tetrahedral Au4 units, offering valuable insights for designing ligand-protected gold nanoclusters featuring triangular Au3 units.
中文翻译:
硫酸盐保护金纳米团簇中三角形 Au3 和四面体 Au4 单元的堆叠构型:结构稳定性和生长机制洞察
三角形 Au3 和四面体 Au4 是硫酸盐保护金纳米团簇的面心立方金核心中的关键结构单元。了解它们的堆叠安排对于阐明这些金芯的生长机制至关重要。在本研究中,我们通过在大统一模型和环模型的基础上有意调整 Au3 和 Au4 的堆叠模式,设计了两种新的 Au29(SR)19 纳米团簇异构体,以显示更优的堆积排列。在实验异构体和两种新构建的 Au29(SR)19 异构体中,Au3 和 Au4 单元表现出三种不同的堆叠排列:完全独立的 Au3;Au3 与 1 个 Au4 共享一个顶点;Au3 与两个 Au4 共享顶点。密度泛函理论计算表明,具有完全独立的 Au3 单元的异构体拥有较低的相对能量,这表明在硫酸盐保护的金纳米簇中形成独立的 Au3 相对简单,同时使用 Au3 和 Au4 实现替代堆叠配置更具挑战性,与实验观察结果一致。本研究为理解三角形 Au3 和四面体 Au4 单元之间的堆叠排列提供了理论基础,为设计具有三角形 Au3 单元的配体保护金纳米团簇提供了有价值的见解。
更新日期:2024-12-25
中文翻译:
硫酸盐保护金纳米团簇中三角形 Au3 和四面体 Au4 单元的堆叠构型:结构稳定性和生长机制洞察
三角形 Au3 和四面体 Au4 是硫酸盐保护金纳米团簇的面心立方金核心中的关键结构单元。了解它们的堆叠安排对于阐明这些金芯的生长机制至关重要。在本研究中,我们通过在大统一模型和环模型的基础上有意调整 Au3 和 Au4 的堆叠模式,设计了两种新的 Au29(SR)19 纳米团簇异构体,以显示更优的堆积排列。在实验异构体和两种新构建的 Au29(SR)19 异构体中,Au3 和 Au4 单元表现出三种不同的堆叠排列:完全独立的 Au3;Au3 与 1 个 Au4 共享一个顶点;Au3 与两个 Au4 共享顶点。密度泛函理论计算表明,具有完全独立的 Au3 单元的异构体拥有较低的相对能量,这表明在硫酸盐保护的金纳米簇中形成独立的 Au3 相对简单,同时使用 Au3 和 Au4 实现替代堆叠配置更具挑战性,与实验观察结果一致。本研究为理解三角形 Au3 和四面体 Au4 单元之间的堆叠排列提供了理论基础,为设计具有三角形 Au3 单元的配体保护金纳米团簇提供了有价值的见解。