Xiao Cheng Zeng,内布拉斯加大学林肯分校的化学教授，展示一种纳米金簇的模型。

版权：Craig Chandler/校园通讯

内布拉斯加大学林肯分校

排列金原子，固定其他原子和电子……化学家们为纳米金簇勾勒出新的蓝图,低能、稳定的纳米金簇可用于医疗或一氧化碳处理。

在内布拉斯加大学林肯分校的化学教授Xiao Cheng Zeng以及该大学前访问学者Yi Gao的带领下，研究人员发现了纳米金簇的四种排列方式。与去年获得诺贝尔奖的斯坦福大学科学家所提出的纳米金簇的标准结构相比，上述四种排列方式势能更低，也更稳定。

这些排列模型的建立有助于纳米金簇作为药物载体应用于医药领域，或被作为催化剂应用于减少汽车尾气或处理工业副产物上，Zeng说道。

Zeng与同事推导出以下分子的排列方式，该分子具有68个金原子、32对硫氢键；其中16个金原子形成分子核，其余金原子与硫和氢以化学键相连，在分子核外围形成一层保护层。

原子排列方式不同会导致分子的势能及稳定性不同，势能越低，分子的稳定性越高。该研究团队计算出了上述分子在诸多结构中最稳定的一种。

“我们团队在过去十年间引领纳米金的研究，”Zeng教授说。“我们发现这种新型保护层结构具有更低的势能，这说明它要比之间的分析更接近真实情况。所以我们的主要任务就是解密这种保护层结构”。

研究人员将其研究结果发表在4月第24期的科学进展杂志上。

斯坦福大学的研究人员先前就已经提出了上述分子的核心结构。以此为基础，Zeng及同事利用一种被称作是“分解-保护”模式的计算方法来计算剩余金原子和硫氢键在分子核周围排列时的分子势能。

研究人员已经知道了保护层由不同长度的“订书钉形”原子排列构成，他们还知道短、中、长这三种“订书钉”结构的势能，比如短的“订书钉”由两个硫原子与金原子相连。

通过将上述信息与分子核外剩余的原子数目相结合，研究人员将可能的排列方式从几百万种降低到了数百中。

“我们把32对硫氢键分成短、中、长三种排列方式，”Zeng说。他曾在2008年帮助提出了“分解-保护”这种计算模式，“我们列出了所有可能的排列，计算出能量，找出势能最低的那种。”

“如果没有这些规则，寻找排列就如同在普拉特河里寻找一根针般困难。有了这些规则，就像是在内布拉斯加大学外面的喷泉旁找一根针，尽管也很困难，但是寻找的过程更易于掌控，范围更窄”。

由于很难利用X-射线晶体结构法或者单粒子投射电镜法获得上述结构，尽管这两种方法是原子水平最常见的图像方法，研究人员最终还是诉诸于计算来推导出该种分子结构。

知道了这种纳米金的最稳定结构，Zeng说，有利于生物医学工程师在该种纳米金上找到合适的结合位点，从而研发出适用于癌症或其他疾病的药物。上述研究结果还有助于确定出将一氧化碳氧化时所需纳米金催化剂的最佳用量，这一氧化过程可将有害的一氧化碳转化成危害较少的二氧化碳，他说。

新材料在线编译整理——翻译：李湖燕    校正：摩天轮